基于PXI的高速數(shù)字化儀模塊

本設(shè)計中。A／D轉(zhuǎn)換器選用Mamix公司的MAXl215，該芯片是一款12 bit／250 Ms／s的高速A／D轉(zhuǎn)換器，它具有出色的SNR和SFDR特性，使用250 MHz差分采樣時鐘，接收差分輸入信號，輸出12位LVDS格式的差分數(shù)字信號，提供差分同步時鐘信號。為了提高測試精度，單端的輸入信號需要轉(zhuǎn)換成差分模式后再送入A／D，增益調(diào)整及單端到差分轉(zhuǎn)換電路的局部如圖5所示?？紤]阻抗匹配問題，在單端信號轉(zhuǎn)換為差分模式時，需要在2個差分線上串聯(lián)50 Ω的匹配電阻，作為LVDS信號的發(fā)送端。

在PCB的設(shè)計中，對差分線要進行特別處理。差分線在走線區(qū)間內(nèi)的實際布線公差應(yīng)控制在5 mil內(nèi)；差分對內(nèi)兩條線之間的距離應(yīng)盡可能小，以使外部干擾為共模特征；要保證每個差分對內(nèi)的長度相互匹配，以減少信號扭曲；采用電源層作為差分線的信號回路，因為電源平面有最小的傳輸阻抗，可以有效減少噪聲影響。圖6所示為本設(shè)計PCB的局部。

本設(shè)計中FPGA作為LVDS信號的接收端，首先需要將A／D輸入的LVDS差分數(shù)據(jù)和同步時鐘信號轉(zhuǎn)換成單信號。此處選用了xilinx公司的VirtexⅡ-Pro系列FPGA，該系列的FPGA嵌入了高速I／O接口，能實現(xiàn)超高帶寬的系統(tǒng)芯片設(shè)計，支持LVDS、LVPECL等多種差分接口，適應(yīng)性很強，為高速數(shù)據(jù)接口提供了完善的解決方案。LVDS差分信號的接收可以通過例化IBUFDS_LVDS這個模塊來實現(xiàn)，同時在程序中設(shè)置使用內(nèi)部的匹配電阻，實現(xiàn)LVDS的阻抗匹配。差分時鐘信號由全局時鐘輸入腳接入FPGA，然后通過調(diào)用xFPGA特有的數(shù)字時鐘管理模塊(DCM)，將時鐘轉(zhuǎn)換成單信號并進行分頻、移相等處理，作為后續(xù)處理的時鐘信號。
2．3 PXI接口設(shè)計
PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的擴展(PCI eXtensions for Instrumentation)，它將CompactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術(shù)發(fā)展成適用于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應(yīng)用的機械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。PXI模塊化儀器系統(tǒng)具備高速的性能，并與PCI保持兼容性，形成一種主流的虛擬儀器測試平臺。本設(shè)計中使用PCI9054進行PXI接口硬件的設(shè)計，PCI9054是美國PLX公司生產(chǎn)的一款32位／33 MHz通用PCI總線控制器專用器件，它具有強大的功能和簡單的用戶接口，為PCI總線接口的開發(fā)提供了一種簡便方法。
2．4 PXI驅(qū)動開發(fā)
PXI的軟件要求包括支持Microsoft Windows NT和95(WIN32)這樣的標準操作系統(tǒng)框架，要求所有儀器模塊帶有配置信息(configuration information)和支持標準的工業(yè)開發(fā)環(huán)境(如NI的LabVIEW、LabWindows／CVI和Microsoft的VC／C++、VB和Borland的C++等)，而且符合VISA規(guī)范的設(shè)備驅(qū)動程序(WIN32 device drivers)。本設(shè)計應(yīng)用KRF-Tech公司的Windriver來編寫設(shè)備驅(qū)動程序，Windriver針對PLX和AMCC的專用接口器件編寫了API函數(shù)包，降低了開發(fā)難度。驅(qū)動程序的軟件流程圖如圖7所示，圖8是本數(shù)字化儀模塊軟面板的界面，對數(shù)字化儀的所有控制都可以通過設(shè)置該虛擬軟件界面來完成。

3 結(jié)束語
本文給出了基于PXI總線接口的高速數(shù)字化儀模塊的設(shè)計實現(xiàn)方法，介紹了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中LVDS接口、LVPECL接口電路結(jié)構(gòu)及連接方式，并在所設(shè)計的數(shù)字化儀模塊中得到應(yīng)用。系統(tǒng)可以穩(wěn)定的工作在250 MHz，實現(xiàn)高精度、長時間的數(shù)據(jù)采集和分析。該數(shù)字化儀模塊已成功應(yīng)用于多個PXI測試系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、通信、科研、軍事、航空航天、消費電子等多個領(lǐng)域。