文档介绍：342006年第4期adv@(广告专用)基于FPGA的高速数据采集系统接口设计■西安交通大学黄伟罗新民摘要以基于新一代FPGA———XilinxII2PRO的高速数据采集系统为例,详细介绍LVDS和LVPECL接口匹配设计和高速串行RocketIO技术的实现,并对高速数传系统的输入输出接口的不同实现方式进行分析,给出系统解决方案。关键词FPGA高速数据采集RocketIOVirtexII2PRO引言当前,越来越多的通信系统工作在很宽的频带上,对于保密和抗干扰有很高要求的某些无线通信更是如此。随着信号处理器件的处理速度越来越快,数据采样的速率也变得越来越高。在某些电子信息领域,要求处理的频带要尽可能的宽、动态范围要尽可能的大,以便得到更宽的频率搜索范围,获取更多的信息量。因此,通信系统对信号处理前端的A/D采样电路提出了更高的要求,即希望A/D转换速度快而采样精度高,以便满足系统处理的要求。可编程门阵列FPGA的出现已经显著改变了数字系统的设计方式。应用可编程门阵列FPGA,可使数字系统设计具有高度的灵活性,因此FPGA的应用越来越广泛。而新一代FPGA———VirtexII2PRO的出现使FPGA的功能更加强大,但随之而来的是要求提高数据的传输速率。过去人们总是关心如何提高处理器运行速度,而现在关心的是怎样才能更快地将数据从一个芯片传输到另一个芯片。可见,高速数据采集系统的输入输出接口设计就显得尤为重要。1高速采集系统介绍数据采集系统原理框图如图1所示。输入的中频信号经A/D采样电路采样后,转换成LVDS信号送入FPGA中,或通过FPGA的端口RocketIO从高速接口输出,或通过FPGA的端口LVDS循环存储于高速缓存中,再由低速接口输出。其中,FPGA主要完成对外接口管理、高速缓存的控制和管理。时钟控制电路对A/D数据转换器和可编程门阵列FPGA起同步和均衡作用。2输入输出接口研究VirtexII2PRO系列是在VirtexII系列FPGA的基础上,嵌入了高速I/O接口和IBMPowerPC处理器。它能实现超高带宽的系统芯片设计,支持LVDS、LVPECL等多种差分接口,适应性很强。其中高速串行(MGT)技术采用了RocketIO技术,。该技术包括千Mb以太网、10千Mb以太网、3GIO、SerialATA、Infiniband和FibreChannel,为高性能接口提供了完全的解决方案。LVDS(LowVoltageDifferentialSignaling)信号标准是一种小振幅差分信号技术,如图2所示。它使用非常低的幅度信号(100~450mV),通过一对平行的PCB走线或平衡电缆传输数据。在两条平行的差分信号线上流经的电流方向相反,噪声信号同时耦合到两条线上,而接收端只关心两信号的差值,于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也互相抵消,故差分信号传输比单线信号传输电磁辐射小得多,从而提高了传输效率并降低了功耗。在高速数据采集系统中,使用了最新的A/D芯片MAX104A。该芯片是Maxim公司的最新产品,采样频率图1数据采集系统原理框图paper@(投稿专用)2006年第4期Microcontrollers&EmbeddedSystems35图2LVDS接口的输出结构可以达