Xcell China 26 - (Page 11) 技 術 專 欄 IDDR 的作用是將來自 ADC 的快速輸 入數字信號去復用 (de-multiplex) 為兩個 單倍數據速率數據流,每一個單倍數據 速率數據流占一半的 ADC 採樣率。對於 一個 2 倍多相抽取濾波器來說,這無疑 是個理想的格式。使用 Virtex-5 DSP48E, 每個子濾波器可維持 550 MSPS,實現最 大為 1.1 GSPS 的 ADC 採樣率。同樣, Spartan-3A DSP 可維持 500 MSPS 的 ADC 採樣率。 伴隨更快的 ADC 採樣率而來的,是 提供能將數據鎖存到 FPGA 中的更小的數 據有效窗口這一難題。而且,ADC 數據 字精度越寬,佈局任務就越艱巨,在數 據總線上各個信號發生歪斜的可能性就 越高,從而導致數據損壞。Virtex-5 FPGA 提供稱為“IODELAY”的一種可靠解決方 案,這是包含在每一個 I/O 模塊中的可編 程延遲單元。IODELAY 可以逐個對數據總 線中的信號進行時移,以將數據有效窗 口準確定位到半速率數據就緒信號 (DRY) 的最佳轉換點。 圖 1 說明 Virtex-5 器件中用於實現高 性能 ADC 接口的獨特功能。為將採樣抖 動降至最低,ADC 將源同步數據就緒信 號與數據一起發出,與此同時,干凈的 低抖動採樣時鐘不經 FPGA 而直接布線到 ADC。 高性能 DAC (數模轉換器) 接口 在數據字精度相等的情況下,數模 轉換器 (DAC) 的採樣率通常要比 ADC 的 採樣率高,這就造成在信號鏈的 DAC 極 限下出現巨大的設計難題。Virtex-5 架構 的幾個功能有助於克服這一難題。連接 到 Texas Instruments (TI) DAC5682Z(16 位 雙 DAC,採樣率為 1 GSPS,LVDS 信號輸 入)的 Virtex-5 接口不失為一個很好的例 子。 在實際系統中,只需將 1 GSPS 的 採樣率部署到 DAC 的最後輸出階段, 而 FPGA 信號處理鏈的中間階段以與信 號帶寬成比例的較低的採樣率工作。這 使我們在中間處理階段擁有較慢的系統 時鐘,其好處是簡化時序收斂、降低功 耗。 跟 ADC 的情況一樣,多相濾波器是在 信號鏈的 DAC 端實現採樣率改變的高效 DSP 結構。為達到 TI DAC5682Z 1 GSPS 的 輸出採樣率,一個 2 倍多相插補濾波器 使用兩個子濾波器,每個具有 500 MSPS 的吞吐量。這些採樣率是在 Virtex-5 DSP48E slice 的性能規格範圍內。 需要使用一個多路復用器將子濾波 器的輸出結合在一起,以從多相插補濾 波器獲得快速輸出率。對於 1 GSPS 的輸 出採樣率,建議將多相插補多路復用器 放置到離驅動 DAC5682Z 的 LVDS 輸出緩 衝盡可能近的位置。Virtex-5 FPGA 在 I/O 模塊中提供了一個專用資源,能完美地 實現上述目標:ODDR(輸出雙倍數據速 率)寄存器。此 ODDR 直接布線到快速 LVDS 差分輸出緩衝,可維持 1 GSPS(和 更高)的輸出採樣率,同時又維持了 PCB 上的信號完整性。 圖 2 – DAC:多相插補 + ODDR + LVDS Sub-Phase 1 I/O Block DATA 2X Polyphase Decimator Sub-Phase 0 XtremeDSP XtremeDSP IDDR ADC DRY Low-Jitter Sampling Clock IODELAY Sub-Phase 1 圖 1 – 高性能 ADC 接口 2X Polyphase Interpolator Sub-Phase 0 I/O Block ODDR XtremeDSP XtremeDSP IODELAY DAC Virtex-5 FPGA Low-Jitter Sampling Clock 結論 在本文中,我們展示了使用 Xilinx Virtex-5 FPGA 的混合信號系統專用 DSP 和接口技術。您可以使用 Virtex-5 器件的 關鍵功能來維持現代高性能數據轉換器 的優異 SNR 規格,優化系統的性能。 本文中所描述的技術將在 2007 Speedway 大會的 DSP 專題研討會上 亮相,該研討會由 Avnet 數據轉換器 主要提供商 Texas Instruments、Analog Devices、National Semiconductor 協辦。欲 瞭解詳情,請訪問 。 11 賽靈思中國通訊 26期 http://em.avnet.com/xilinxspeedway http://em.avnet.com/xilinxspeedway
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