FMC模块集成测试载板硬件及波形发生逻辑设计

摘要

作为通讯、现代测试和雷达等系列电子系统基础的高速信号采集和生成技术，向着更高速度和更大带宽的方向发展，系统架构从传统的整机式平台逐渐向功能模块化方向转变，以提高系统的可重构性、可复用性和功能多样性。以模块化设计为基础的高速信号采集和生成技术一直以来都是国内外学者的研究热点。
　　论文基于FMC（FPGA Mezzanine Card）标准接口技术，设计了一种能兼容多款FMC高速信号采集模块和波形输出模块的集成测试载板硬件，逻辑设计工作包括载板的CPCI接口逻辑及波形发生逻辑设计，载板具有采样数据实时存储、数据处理、传输控制和波形发生等功能。
　　文中首先全面阐述了FMC模块集成测试载板的需求与方案设计。在模块功能划分的基础上，详细讨论了器件选型、功能模块电路设计、载板电路叠层与阻抗设计及电源设计，在板级设计中，利用仿真软件Hyperlynx对载板中高速信号的反射和串扰问题进行了仿真分析；然后在逻辑设计方面，介绍了载板总线接口的设计，通过CPCI总线接口逻辑实现与上位机命令与数据的交互，以突发传输模式的设计方式，实现大吞吐量、高速率的数据流上传显示，以及输出波形数据的下发；最后，重点对高速信号的波形发生逻辑设计展开了探讨，波形发生以Virtex-5芯片和FMC波形输出模块为平台，采用直接数字频率合成（DDS）技术实现了任意波形的发生和采集数据的重放，并进一步采用数字上变频（DUC）技术实现了基带信号的数据流合成。
　　论文通过对高速时钟、采样数据、CPCI接口及波形发生逻辑的测试，验证了集成测试载板的硬件设计满足FMC系列信号采集及波形输出模块的验证要求；并通过上位机工作界面显示结果，以及波形输出信号测试结果，验证了论文工作的有效性及工程应用价值。

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第一章 引言

1.1论文研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要研究内容

第二章 系统整体设计方案

2.1系统的需求及整体设计分析

2.2 FMC接口功能模块方案

2.3数据存储功能模块方案

2.4上位机接口功能模块方案

2.5电源模块方案

2.6波形发生模块方案

2.7本章小结

第三章 FMC模块集成测试载板的硬件设计

3.1集成测试载板主要器件选型分析

3.2功能模块电路设计

3.3集成测试载板板极设计

3.4硬件系统的电源设计

3.5本章小结

第四章 集成测试载板接口逻辑设计

4.1 CPCI接口总线设计方案

4.2从模式传输逻辑设计

4.3主突发模式逻辑设计

4.4本章小结

第五章 波形发生逻辑设计

5.1 FMC波形输出模块控制逻辑设计

5.2基于DDS的任意波形发生逻辑设计

5.3数字上变频逻辑设计

5.4本章小结

第六章 测试结果及分析

6.1电源测试

6.2传输线信号测试

6.3总线接口逻辑测试

6.4波形发生逻辑测试

6.5 本章小结

第七章 结束语

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的成果