FPGA芯片在高速数据采集缓存系统中的应用
在高速数据采集方面，FPGA有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA的时钟频率高，内部时延小，全部控制逻辑都可由硬件完成，而且速度快，组成形式灵活，并可以集成外围控制、译码和接口电路。更最主要的是，FPGA可以采用IP内核技术，以通过继承、共享或购买所需的知识产权内核提高其开发进度。而利用EDA工具进行设计、综合和验证，则可加速设计过程，降低开发风险，缩短了开发周期，效率高而且更能适应市场。本数据采集系统就是基于FPGA技术设计的多路模拟量、数字量采集与处理系统。FPGA的IO端口多，且可以自由编程、支配、定义其功能，同时配以verilogHDL语言以及芯片自带的可定制模块，即可进行软件设计。FPGA的最大优点是可在线编程。此外，基于FPGA设计的数据采集器还可以方便地进行远程功能扩展，以适应不同应用场合的需要。1系统基本构架本文所设计的高速数据采集系统是某雷达信号处理系统的一部分，可用于雷达信号的预处理以及采集、缓存。本系统以高速FPGA为核心逻辑控制模块，并与高速ADC和DSP相连接。其系统基本架构如图1所示。
图1中的FPGA可用作数字接收机的预处理模块，该器件集成有PPL倍频、ADC控制接口、FIFO及其管理、SPI接口、DSP总线接口、状态和自检模块等。FPGA的内部结构功能框图如图2所示。
f图2中的中断产生模块用于产生周期性中断，利用视频包络和100MHz时钟可形成50MHz的DMA同步传送时钟，然后通过外部口DMA方式将采样数据传送到DSP。ADC控制串行接口为通用三线串口，SPI总线接口实际上是一个串并转换器，可用于控制本振。本系统的DSP数据总线为64位宽度，地址为32位。由于雷达信号接收机中的信号处理量大，信号复杂，因此，通过基于高速大容量FPGA芯片的实时数据采集系统可以很好的满足对信号预处理的需要。2芯片的选取ADC是数据采集系统的核心，其性能指标往往是决定数据采集系统性能最关键的因素。本系统的中频频率为1125MHz，带宽BW为250MHz。ADC选用ATMEL公司的高速采样芯片AT84AD001本系统采用带通采样方式，其采样频率低于输人中频频率。但是ADC的输入带宽必须大于中频频率加二分之一带宽，AT84AD001的模拟输入带宽为1500MHz，高于11251251250MHz，故可满足设计要求。AT84AD001的最高采样率为1000MHz，也可以满足系统要求。此外，AT84AD001的模拟输入、时钟输入和输出全部采用差分方式。设采样时钟频率fsw为500MHz，内部提供了1：1／1：2降速率逻辑，其输出A、B、C、D四路的数r