一種基于PXI的高速數(shù)字化儀模塊的設計應用

　　本設計中。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)的實際布線公差應控制在5 mil內(nèi)；差分對內(nèi)兩條線之間的距離應盡可能小，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所示為本設計PCB的局部。

　　本設計中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)芯片設計，支持LVDS、LVPECL等多種差分接口，適應性很強，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接口設計

　　PXI是PCI在儀器領域的擴展(PCI eXtensions for InstrumentaTIon)，它將CompactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術發(fā)展成適用于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用的機械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結構。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。本設計中使用PCI9054進行PXI接口硬件的設計，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。