FMC系列采集模块及接口逻辑设计

摘要

数据采集作为通信技术的重要环节，在通信技术迅猛发展的同时，对数据采集系统的性能要求越来越高，可以说在高速高精度的前提下，高密度、高集成、可扩展兼容是数据采集系统今后的发展趋势之一。
　　本文设计的FMC（FPGA Mezzanine Card）系列采集模块正是迎合了当今数据采集系统的发展趋势，以灵活可扩展的方式解决宽带信号的捕获、以高度集成的体系结构解决电子系统的嵌入式测试为目标，利用FMC VITA-57标准协议，在标准有限面积内，设计实现了一种具有高集成、高密度、可扩展兼容等特点的高速高精度采集模块。
　　FMC系列采集模块分为FMC5212（双通道500 MSPS/12 bits）和FMC4214（双通道400 MSPS/14 bits），两款产品分别采用AD芯片ADS5463和ADS5474，时钟芯片AD9517-3分别为其提供所需的采样时钟来完成AD转换。模块的兼容性设计方面，在接口逻辑中设计了识别功能来对 FMC身份进行识别与验证；为了保护模块设计及其逻辑代码的知识产权，设计了加密防拷贝模块来对 FMC接口逻辑进行软件保护；针对高密度、高度集成所导致的模块温度高、电源及信号完整性问题，文中通过对系统功耗和温度，以及串扰与轨道塌陷等问题的详细分析，完成了高效率的电源设计及系统板级设计，同时设计了状态监控模块对温度及电源加以实时监控。最终对设计结果进行测试与验证，该采集模块SNR、SFDR均达到设计指标，而识别加密模块及状态监控模块均得到验证，满足测试要求，
　　论文主要内容可分为：
　　FMC系列采集模块的硬件设计：AD采样模块、采样时钟模块、触发模块、加密识别模块、温度电压监控模块、电源模块等设计。
　　FMC系列采集模块接口逻辑的设计：数据解串、配置采样时钟、加密防拷贝、身份识别、监控温度与电压等。
　　对FMC系列FMC5212和FMC4214进行结果测试及功能验证。

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第一章 引言

1.1论文研究背景及意义

1.2国内外相关技术的发展现状

1.3论文的研究内容及结构安排

第二章 FMC系列采集模块总体设计

2.1系统方案总体设计

2.2 主要芯片选型

2.3开发环境与工具

2.4本章小结

第三章 FMC系列采集模块硬件设计

3.1 AD采样电路模块设计

3.2采样时钟电路模块设计

3.3 触发模块设计

3.4 识别加密模块硬件设计

3.5 I2C模块硬件电路设计

3.6本章小结

第四章 FMC系列采集模块接口技术与逻辑

4.1 FMC接口技术

4.2高速ADC数据解串

4.3采样时钟配置逻辑

4.4 身份识别和加密防拷贝模块的实现

4.5 温度监控和信息存储模块的实现

4.6本章小结

第五章 FMC系列采集模块的信号完整性分析

5.1 信号完整性概述

5.2 FMC系列采集模块电源完整性设计

5.3 FMC系列采集模块串扰分析及抑制

5.4轨道坍塌噪声及电磁干扰

5.5 本章小结

第六章 FMC数据采集模块调试结果与分析

6.1 FMC数据采集模块调试平台介绍

6.2 电源模块的调试

6.3 采样时钟的调试

6.4 AD采集数据模块的调试

6.5 加密识别模块的调试

6.6 温度监控模块的调试

6.7 本章小结

第七章 结束语

致谢

参考文献

附录

攻硕士期间取得的研究成果