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关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

2018年10月31日 17:24 ? 次阅读

许多数字处理系统都会使用FPGA,原因是FPGA有大量的专用DSP以及block RAM资源,可以用于实现并行和流水线算法。因此,通常情况下,FPGA都要和高性能的ADCDAC进行接口,比如e2v EV10AQ190低功耗四通道10-bit 1.25 Gsps ADC和EV12DS130A内建4/2:1 MUX的低功耗12-bit 3 Gsps DAC。 通常情况下,这些转换器的采样率都达到了GHz的级别。对工程师团队来说,除了混合信号电路板布局之外,理解和使用这些高性能的设备也是一个挑战。

这些e2v数据转换器具有带宽宽、性能好的特点-数据手册上通常称为模拟全功率带宽-即使是在高奈奎斯特区。(这种能力是不多见的。)正是因为有着优异的转换性能,才可以使用直接上转换和下转换,这样可以减少部件数量、降低功耗以及节省成本。

在高频时,奈奎斯特采样率(每个周期两次采样)是无法维持的。一个例子就是使用一个2.5GHz采样率的ADC去采样一个3GHz全功率带宽的模拟输入。根据奈奎斯特准则,高于1.25GHz的信号将会被混叠回第一奈奎斯特区,这些混叠图像是基础信号的谐波分量,因此和非混叠信号一样,包含了同样的信息。

相反的,如果你在使用DAC,进行直接转换时,你需要确定在上奈奎斯特区你想要使用的谐波。然而,对于DAC,在更高的频率下,你需要对DAC的衰减进行SINC补偿。因此,很常见的是通过仔细选择输入组件、阻抗平衡器、交流耦合电容以及通过设计前端模拟预滤波器等等去优化一个ADC或者DAC,使其能在一个奈奎斯特区中工作。

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

奈奎斯特区和混叠,1、3和4区中显示的是2区一个信号的镜像,基础信号(Fa)和谐波或者谐波含量的镜像

可以使用下面的算法来确定谐波或者谐波含量合成频率位置:

Fharm=N ×Ffund

IF (Fharm=Odd Nyquist Zone)

Floc=Fharm Mod Ffund

Else

Floc=Ffund-(Fharm Mod Ffund)

End

这里N是感兴趣的谐波的整数。

例如,采样率为2500MHz,基础频率是1807MHz,将会在第一奈奎斯特区有一个693MHz的谐波分量。

前面对频谱做了一些解释,另一个重要因素是这些设备和FPGA采用什么方式连接。许多高性能的数据转换器使用一个工作在较低数据速率的多路复用器来实现转换器的采样率-一般都是下图所示的使用FS/4或者FS/2,图中显示的是转换器的数据流在4条并行的10-bit总线(A, B, C, and D)上的分布:

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

转换器的数据流在4条并行的10-bit总线(A, B, C, and D)上的分布

通常情况下,这些数字接口采用的是并行LVDS总线,这样它们会占用许多的FPGA I/O管脚,但是,并行接口的延迟最小,并且由于它们使用差分信号传递方式,也可以降低辐射噪声,这在高性能系统中是非常重要的。

收到FPGA发出的4个数据流,你可能想知道在FPGA内部是如何处理数据的,在许多应用中,包括通信处理器和射电天文,都使用的一个常用的方法是使用组合或者分离的FFT结构,如下面两个图所示:

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

使用4个128点的FFT流水线,加上旋转因子和1个并行4点FFT,组合成512点的FFT

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

分离512点FFT,与组合FFT相反。与组合FFT不同的是,在前两个阶段,对高速输入有一个重组的操作

因为这些真实的数据样本,你将需要寻找一个优化的方法以便于在FFT结构中对这些数据进行处理,高效的、大FFT的实现是一个复杂的研究领域,但是在FFT之前,许多应用使用加权叠接相加(WOLA)结构来改善频谱泄漏。下面两个图显示了使用一个矩形窗口的普通FFT和使用WOLA的FFT的行为对比:

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

使用普通FFT矩形窗口的相邻信道

关于高速ADC和DAC与FPGA的配合使用浅析

使用WOLA方法的相邻信道,显示了更少的频谱泄漏

然后,根据应用的需求,对这些合成的FFT数据进行后处理。

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LMP92018 用于模拟监控和控制的集成多通道...

LMP92018是一款完整的模拟监控电路,集成了8通道10位模数转换器(ADC),4位10位数字模拟转换器(DAC),内部基准电压源,内部温度传感器,12位GPIO端口和10MHz SPI接口。 ADC的8个通道可用于监控轨电压,电流检测放大器输出,健康监测器或传感器,而四个DAC可用于控制PA(功率放大器)偏置点,控制执行器,电位器等。 ADC和DAC均可使用内部2.5V基准电压源或外部基准电压源,可独立实现系统设计的灵活性。 内置数字温度传感器可实现精确(±2.5°C)的局部温度测量,其值可在用户可访问的寄存器中捕获。 LMP92018还包括一个12位GPIO端口,允许进一步扩展微控制器的资源,从而提供更大的灵活性并减少与微控制器接口的信号数量。 GPIO端口和SPI兼容接口都有独立的电源引脚,使LMP92018能够与低压微控制器连接。 LMP92018采用节省空间的36引脚WQFN封装,并指定整个-30°C至+ 85°C的温度范围。 特性 8模拟电压监测通道 带可编程输入MUX的10位A...

发表于 2018-09-19 16:38 ? 37次阅读
LMP92018 用于模拟监控和控制的集成多通道...

TMP411 ±1°C Programmable...

TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为±1 °C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150°C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 ±1°C远程二极管传感器 ±1°C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

发表于 2018-09-19 16:35 ? 8次阅读
TMP411 ±1°C Programmable...

AMC7812B 用于模拟监视和控制的集成多通道...

AMC7812B是一款完整的模拟监视和控制解决方案,此解决方案包括一个16通道,12位模数转换器(ADC),十二个12位数模转换器(DAC),8个通用输入输出(GPIO),以及两个远程和一个本地温度传感器通道。 此器件具有一个内部+ 2.5V基准,可将DAC输出电压配置在0V至+ 5V或0V至+ 12.5V的范围内。也可使用一个外部基准。典型功率耗散为 95mW.AMC7812B非常适合于电路板空间,尺寸和低功耗都有关QFN-64或HTQFP-64 PowerPAD封装,在-40°C至+ 105°C的温度范围内完全额定运行,并且在-40 °C至+ 125°C的完全温度范围内可用。 对于那些要求一个不同的通道数,额外的特性,或者转换器解决方案的应用,德州仪器(TI)提供一个模拟监视器和控制(AMC)产品的完整系列产品。更多信息请参考www.ti .com /amc。 特性 具有可编程输出的12个12位DAC: 0V至5V 0V至12.5V DAC关断具用户定义电平 具有16个输入的12位,500每秒千次采样(kSPS)ADC...

发表于 2018-09-19 16:27 ? 0次阅读
AMC7812B 用于模拟监视和控制的集成多通道...

AMC7820 用于模拟监控和控制的集成多通道 ...

AMC7820是一个完整的模拟监控电路,包括一个8通道,12位模数转换器(ADC),三个12位数模转换器(DAC),9个运算放大器,一个热敏电阻电流源,一个内部+ 2.5V基准电压源和一个SPI?串行接口。可以应用外部参考。典型功耗为40mW。对于ADC,无缓冲模拟输入范围为0V至+ 5.0V,缓冲模拟共模输入范围为0V至+ 3.8V。对于DAC,模拟输出范围为0V至+ 2.5V或0V至+ 5.0V。 AMC7820非常适用于低功耗和小尺寸至关重要的多通道应用。 AMC7820采用TQFP-48封装,在-40°C至+ 85°C的温度范围内完全指定和测试。 特性 100kHz采样率12位ADC 8个模拟输入通道 三个12位DACS 九运算放大器 热敏电阻源 内部2.5V基准电压 SPI串行接口 3V逻辑兼容 单电源+ 5V电源 低功率:40mW TQFP-48封装 应用 CW DWDM中的激光和泵浦激光电流控制 DWDM中的TEC冷却器电流控制 ...

发表于 2018-09-19 16:26 ? 30次阅读
AMC7820 用于模拟监控和控制的集成多通道 ...

TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...

TMP468器件是一款使用双线制SMBus或I 2 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75°C)和测量分辨率(0.0 625°C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55°C至+ 150°C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:±0.75&...

发表于 2018-09-18 16:05 ? 4次阅读
TMP468 具有引脚可编程的总线地址的高精度远...
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