cPCI采集回放系统v3

  cPCI/cPCIExpress接收/发送系统

  接收/发送系统规格：
  系统采用6U标准的cPCI/cPCIExpress架构，包括如下几个部分：
  1．4通道14bit250MSPS采集模块，采用TI的ADS42B49双通道ADC，部署两块该芯片。
  2．8通道16bit1250MSPSDAC模块，采用TI的DAC34H84芯片,部署两块该芯片。
  3．4通道正交调制模块，采用ADL5385,RF频率范围30MHz-2.2GHz，板载高性能LO发生器。
  4．FPGA采用XilinxXC5VLX220TFPGA。
  5．板载512MB64位宽DDR2存储器连接到FPGA。
  6．两块TI320C6455DSP，分别具有独立的DDR2外存储器和flash芯片。
  7．同时支持66MHz32bitPCI总线和PCIEx4总线。
  8．外置超低相噪恒温晶体模块，产生LO输入参考时钟。

  系统实现框图如下：

  该接收/发送以及CPU系统的组成模块如下图所示：

  由于同时具有PCI总线和PCIE总线以，该系统可以方便的CPU控制板和大容量存储板进行连接，组成更灵活的系统。
  采集/发送系统：

  采集回放卡包括如下特性：

  1．2通道14bit250MSPS采集。50欧姆，AC耦合，输入幅度2Vpp，700MHz带宽。
  ADC采用TIADS42B49双通道ADC：
 

  信号由SMA接口输入，经过变压器藕合变成差分信号；滤波器为可配置：直通、低通或带通，5阶贝塞尔或巴特沃兹。ADC所有输出数据和随路时钟均连接到FPGA。采集时钟通过高性能时钟发生器产生，采集频率可在10MHz-250MHz范围内编程。

  2．4通道16bit1250MSPSDAC，TI的DAC34H84芯片，正交调制器采用ADL5385。
  DAC输出采用1:4变压器藕合，预留测试端口，50欧姆负载下高输出1Vpp电压。低通滤波器带宽可以配置。DAC的采集时钟通过高性能时钟发生器产生，采集频率可在10MHz-1250MHz范围内编程。

  3．512MB本地缓存。

  4．支持PCIEx4接口。

  5．支持PCI66M32bit接口

  6．低抖动、低相噪时钟发生器。

  7．支持8对raidIO高速互联接口，直接将数据通过背板传输到存储控制卡。

  8．可以多块卡组成多通道同步工做模式。

  9．DSP同FPGA采用EMIF总线连接，连接关系如下：
 

  系统参考时钟发生模块：

  本地采用高性能恒温集体，通过驱动器同时输出6-8个参考时钟输出。每个模块采用zerodelayPLL，通过输入参考时钟产生本地的LO给调制器。
 

  采集回放模块性能指标的保障：

  对于采集回放模块性能指标，主要保障系统的信噪比大化。通过以下三方面来实现：

  1、高精度的采集回放芯片。采集回放模块均采用TI的14bitADC和16bitDAC。支持较高噪声拟制比和采集精度，保障采集精度优于信号本身的量化精度。
  2、高稳定，低噪声的电源系统。
  3、低抖动以及低噪声的采集时钟放生系统。采用有源温度补偿VCXO，analogdevice的时钟管理芯片，保证了采集系统的高稳定度和低抖动。

  关于采集/回放的性能测试：

  采集回放系统性能测试方案分为两部分：

  1．测试采集/回放系统本身的性能，如信噪比SNR，THD以及ENOB等测试项目。其测试方法如下：

  ADC模块的测试：
  使用AgilentE8663DRF信号发生器，主要发生单频的sine信号，通过窄带滤波器，保证sine的“纯净”。信号幅度为+/-1V输出，保证ADC输入的满幅度。
  信号通过ADC采集后进入PC并存储，通过测试软件进行数据处理。

 
  关于ADC采集数据的处理及计算方法：
  Data输入可以选取2048个点，同hanningwindow进行卷积，防止矩形窗引起的Gibbs现象。
  卷积后的信号进行FFT，得到频谱数据。这是为了测试数据的准确性，可以多采集几次进行谱平均，得到更准确的谱数据。
 

上图为14bitADC在250Msps采样率下采集单频信号的频谱。




上图为ADC输入底噪声频谱。

  DAC的性能测试

  DAC在220MHz时钟下（采用mixfreg算法，相当于110MHz时钟DAC工作在1.25Fs,第二来奎斯特区域）产生140MHz中频的测试结果：
  噪声密度在-90dBm。
 

  采集板卡参考外观图如下：

  系统配套软件：

  系统软件包括应用软件，二次开发API函数，以及FPGA开发环境三部分。

  1．应用软件：具有虚拟示波器功能，方便设置硬件，读取/保存数据以及波形显示/频谱分析功能。
  其功能和界面如下所示：
 

  2．二次开发API函数：

  我们提供丰富的接口函数和系统主要功能的例程，支持C/C++，labview以及Matlab环境下的二次程序开发。

  3．FPGA开发环境：

  采集模块具备基于VerilogHDL或VHDL的FPGA开发环境。用户逻辑只需要在目前已经建立好的工程中加入自己的RTL代码即可。
  同时提供Xilinx的systemgenerator同matlab/simulink接口工程和实例。