一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通信领域的模拟-数字信号采集处理板卡，尤其涉及一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。
【背景技术】
[0002]模拟-数字信号采集处理应用在通信技术的基础阶段，信号采集处理的优劣程度直接影响到通信结果的准确性。目前市场上的模拟-数字信号采集处理板卡大多规格各异，接口种类繁多，在与其他设备或板卡对接时容易出现尺寸或接口不匹配的问题。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本发明的目的是提供一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。该板卡采用成熟可靠的元器件，以FPGA及DSP作为核心信号采集处理器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。
[0004]本发明采取的技术方案是:一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于:该板卡包括分别通过SR10总线和I / 0端口连接的现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP ;四片动态随机存取存储器DDR3 SDRAM;两片串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPR0M ;两片串行闪存存储器SPI FLASH ;两片差分放大器；模数转换器；非易失闪存存储器NAND FLASH ;以太网收发器；PC1-eXpreSS连接器；该板卡还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片；其中，两路模拟信号由SMA接口 1及SMA接口 2分别接入差分放大器1和差分放大器2，差分放大器1和差分放大器2分别通过模数转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，USB接口通过信号转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 1、动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 2、串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPR0M 1和串行闪存存储器SPI FLASH 1分别与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 3、动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 4、串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPR0M 2和串行闪存存储器SPI FLASH 2分别与数字信号处理器DSP连接，现场可编程门阵列FPGA通过PCLE总线与PC1-express连接器连接，数字信号处理器DSP通过以太网收发器连接到RJ45接口。
本发明的特点及有益效果是:1、本设计采用成熟可靠的元器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。2、采用标准3U板卡尺寸，可与标准3U机箱匹配。3、采用标准PC1-express连接器，方便与有相应接口的机箱或板卡进行对接，实现本信号采集处理板卡与系统其他结构的数据交互。
【附图说明】
[0005]图1为本发明电路连接框图；
图2为板卡及PC1-express连接器结构示意图；
图3为与板卡对接的PC1-express连接器结构示意图。
【具体实施方式】
[0006]以下结合附图对本发明作进一步说明:
参照图1，本设计是一款集成高速模数转换器(以下简称ADC)、高速现场可编程门阵列(以下简称FPGA)和高速数字信号处理器(以下简称DSP)的高速模拟-数字信号采集处理及数据存储处理板卡，支持两路中频同步模拟-数字信号采样，支持最高250MSps模拟-数字采样速率，支持外部采样时钟。
[0007]本设计通过FPGA及DSP对数字信号进行处理，并将数据导入高速动态随机存取存储器(以下简称DDR3 SDRAM)进行存储。
[0008]采用以太网接口(即RJ45接口)、PC1-express连接器和USB接口与外部进行数据交互。
[0009]提供DDR3 SDRAM和其他多种存储器进行数据存储。
[0010]本发明电路设计原理:两路模拟信号由SMA接口 1及SMA接口 2分别接入两片差分放大器进行信号放大处理，然后分别通过模数转换器(模拟数字转换芯片，以下简称ADC)进行模拟数字转换，转换后得到的数字信号进入FPGA进行初步处理和分配。然后经由SR10总线与DSP进行数据传输，由DSP进行数字信号的处理和存储分配工作。
[0011]时钟:本设计采用四个时钟、一片时钟选择芯片和两片时钟管理芯片，其中，时钟1和SMA接口 3通过时钟选择芯片与模数转换器连接，时钟2与FPGA连接，时钟3和时钟4分别通过时钟管理芯片1和时钟管理芯片2与DSP连接。ADC的采样时钟由内部时钟或外部时钟提供。内部采样时钟由板卡上时钟1提供，外部时钟信号通过SMA接口 3提供，并通过时钟选择芯片进行选通。FPGA系统时钟由时钟2提供。时钟管理芯片1和时钟管理芯片2分别对时钟3和时钟4进行分频处理。其中，时钟管理芯片1为DSP提供系统时钟、核时钟、DDR时钟；时钟管理芯片2为DSP提供参考时钟、SR10时钟。
[0012]存储:四片DDR3 SDRAM芯片分别与FPGA和DSP相连，用于存储数字信号。
[0013]SPI EERROM 1、SPI FLASH 1 与 FPGA相连，用于存储 FPGA 的配置信息。SPI EERR0M2,SPI FLASH 2与DSP相连，用于存储DSP的配置信息。NAND FLASH用于存储FPGA和DSP的交互数据。
[0014]接口:本板卡采用USB接口与外部进行数据交互，传输当前的各种板卡状态和采样信息，实现遥控和监控的目的。采用以太网RJ45接口，实现DSP通过Gigabit Ethernet与外部的数据传输。采用PC1-express总线标准接口，实现FPGA通过PC1-express总线(PCIe总线)与外部的数据传输。PC1-express连接器安装在本板卡的右侧，如图2所示。与本板卡对接的PC1-express连接器如图3所示，PC1-express连接器包括连接器XJ1、连接器XP2、连接器XP3和连接器XP4，四个独立的连接器均为符合CPCI规范的标准连接器，分别与板卡上的连接器XP1、连接器XJ2、连接器XJ3和连接器XJ4匹配对接。
[0015]电源:连接器XJ1与12V直流电源相连，通过其对插连接器XP1为本板卡提供12V直流电压，作为本板卡工作电源，经过不同电压转换模块，转换为板卡上器件所需工作电压。
[0016]主要器件厂家及型号:
现场可编程门阵列FPGA:赛灵思(XILINX)XC7K325T-FFG900 ；数字信号处理器DSP:德州仪器(TI) TMS320C6670 ；
差分放大器:德州仪器(TI) LMH6554;
模数转换器:德州仪器(TI) ADS42LB69 ;
高速动态随机存取存储器DDR3 SDRAM:镁光(MICRON) MT41J256M8 ；
非易失闪存存储器 NAND FLASH:恒忆(NUMONYX) NAND512R3A2S ；
串行闪存存储器SPI FLASH:恒忆(NUMONYX) N25Q128A ；
串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPR0M:爱特梅尔(ATMEL) AT25128B ；以太网收发器:美满(MARVELL) 88E1111 ；
USB信号转换器:飞特帝亚(FTDI) FT245R ；
时钟管理芯片:德州仪器(TI)CDCE62005RGZT ；
时钟选择芯片:ICS公司ICS8533-AG01 ；
PC1-express 连接器(XP1):ERNI 电子 254992 ；
PC1-express 连接器(XJ2、XJ3):ERNI 电子 973028 ；
PC1-express 连接器(XJ4):ERNI 电子 214443。
【主权项】
1.一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于:该板卡包括分别通过SR1总线和I / 0端口连接的现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP ;四片动态随机存取存储器DDR3 SDRAM;两片串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPROM ;两片串行闪存存储器SPI FLASH ;两片差分放大器；模数转换器；非易失闪存存储器NAND FLASH ;以太网收发器；pc1-express连接器；该板卡还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片；其中，两路模拟信号由SMA接口 1及SMA接口 2分别接入差分放大器1和差分放大器2，差分放大器1和差分放大器2分别通过模数转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，USB接口通过信号转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3 SDRAM1、动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 2、串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPROM 1和串行闪存存储器SPI FLASH 1分别与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3SDRAM 3、动态随机存取存储器DDR3 SDRAM 4、串行电擦除可编程只读存储器SPI EEPROM 2和串行闪存存储器SPI FLASH 2分别与数字信号处理器DSP连接，现场可编程门阵列FPGA通过PCLE总线与PC1-express连接器连接，数字信号处理器DSP通过以太网收发器连接到RJ45 接口。2.根据权利要求1所述的一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于:该板卡采用四个时钟、一片时钟选择芯片和两片时钟管理芯片，其中，时钟1和SMA接口 3通过时钟选择芯片与模数转换器连接，时钟2与FPGA连接，时钟3和时钟4分别通过时钟管理芯片1和时钟管理芯片2与DSP连接。3.根据权利要求2所述的一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于:PC1-express连接器安装在板卡的右侧，PC1-express连接器包括连接器XJ1、连接器XP2、连接器XP3和连接器XP4，分别与板卡上的接口 XP1、接口 XJ2、接口 XJ3和接口 XJ4匹配对接。
【专利摘要】本发明公开了一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。该板卡包括FPGA、DSP、四片DDR3？SDRAM、两片SPI？EEPROM；两片SPI？FLASH、两片差分放大器、模数转换器、NAND？FLASH；以太网收发器和PCI-express连接器；还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片。本设计采用成熟可靠的元器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。采用标准3U板卡尺寸，可与标准3U机箱匹配。采用标准PCI-express连接器，方便与有相应接口的机箱或板卡进行对接，实现本信号采集处理板卡与系统其他结构的数据交互。
【IPC分类】G06F13/40
【公开号】CN105320633
【申请号】CN201510803973
【发明人】李羚梅, 苏晓旭, 张鹏泉, 范玉进, 曹晓东, 褚孝鹏, 邱惠昌, 杨松楠, 刘政鹏
【申请人】天津光电通信技术有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月20日