PXI总线VGA图像信号发生器硬件模块设计

摘要

计算机作为21世纪最伟大的科技发明之一，已被广泛应用于军事、医疗、教育、工业生产等众多领域。在计算机的大批量采购过程中，为保证采购产品的质量，需要对计算机组成部件及其外设进行全面的综合测试，确保入库/出库设备零故障。
　　为了满足体积小、重量轻的要求，便携式计算机及外设综合测试系统中的主要测试仪器如万用表、示波器、音频分析仪、图像信号发生器等均为 PXI总线模块设备。其中图像信号发生器作为该测试系统的一部分，主要用于显示设备分辨率、刷新率、图像显示效果检验，VGA矩阵切换时间测试等。本论文针对该系统中图像信号发生器的硬件设计展开研究，研究工作主要包括如下三点。
　　1.小型化设计。采用IP Core替代专用接口芯片实现PXI总线接口设计，完成控制器与功能模块之间的通信。IP Core在Altera的FPGA中实现，同时还在本FPGA中实现图像数据合成模块，节约了大量的PCB空间。此外，在器件选择上，优先考虑使用小封装器件，并通过优化PCB布局布板，实现了3U单槽的PXI模块设计。
　　2.图像信号产生。显示设备能够向用户呈现稳定的画面，是依靠图像数据的高速动态刷新实现的。针对多分辨率与多刷新率的指标要求，使用锁相环重配置技术实现可变像素时钟信号的产生，用于同步图像数据。针对图像数据高速、大容量的要求，采用SDRAM实现图像数据存储，结合DMA、数据不同时钟域的传输处理技术，实现图像数据的高速、稳定传输，并通过可编程逻辑来直接合成图像数据中所需的行、场同步信号，节约了存储资源。为支持DVI信号输出，选用ADV7511高清视频图像信号发送器实现VGA信号到DVI信号的转换。
　　3.模拟通道设计。采用粗调+精调的结构来实现幅度可控的VGA信号输出。通过高分辨率DAC与模拟乘法器相结合的方案实现VGA信号幅度精调。考虑图像信号的高带宽特性，选用电流反馈型运算放大器实现VGA信号的幅度粗调。此外，在设计中还对VGA信号的输出阻抗进行了分析，对模拟通道各个模块的输入输出阻抗进行计算，使输出阻抗满足VGA信号75欧姆的要求。
　　通过测试验证表明：所设计的PXI总线VGA图像信号发生器可自定义测试图像，产生最低800×600@60Hz，最高1600×1200@85Hz等16种不同分辨率、刷新率的图像信号；支持VGA与DVI两种显示接口；并且VGA信号输出幅度可以调节，满足便携式计算机及外设综合测试系统的需求，也可单独用于显示设备的故障诊断测试。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文主要工作

1.4本论文章节安排

第二章 总体方案设计与分析

2.1设计需求与指标分析

2.2 PXI总线接口控制方案设计

2.3图像信号处理方案设计

2.4模拟通道方案设计

2.5总体设计方案

2.6本章小结

第三章 图像信号发生器硬件电路设计

3.1 FPGA选型

3.2 SDR SDRAM电路设计

3.3信号格式转换电路设计

3.4模拟通道电路设计

3.5本章小结

第四章 图像信号发生器数字逻辑设计

4.1数字逻辑总体方案

4.2数字逻辑功能模块设计

4.3本章小结

第五章 测试验证

5.1测试平台搭建

5.2功能测试

5.3性能测试

5.4本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录

硕士期间取得的研究成果