基于FPGA和USB2.0的高速CCD聲光信號(hào)采集系統(tǒng)

　　0 引 言

　　在現(xiàn)代通信和雷達(dá)領(lǐng)域中，寬帶、高增益、實(shí)時(shí)并行處理是現(xiàn)代接收機(jī)的重要標(biāo)志。因而，這種具有高速并行處理能力和特有的大帶寬性能的聲光處理系統(tǒng)具有巨大的潛在優(yōu)勢(shì)。以聲光器件為基礎(chǔ)的接收機(jī)除了具有寬帶、高增益、實(shí)時(shí)并行處理等特點(diǎn)外，還具有容量大，體積小，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。因而，采用聲光信號(hào)處理技術(shù)解決帶寬、高增益和實(shí)時(shí)并行處理問(wèn)題具有重要意義，聲光信號(hào)的采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)聲光系統(tǒng)關(guān)鍵之一。這里設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA和USB 2．0的高速CCD聲光信號(hào)采集系統(tǒng)，為聲光信號(hào)采集提供了硬件平臺(tái)。

　　1 系統(tǒng)概述

　　聲光信號(hào)采集系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由CCD聲光信號(hào)采集模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、FPGA驅(qū)動(dòng)和控制模塊及USB接口傳輸模塊四部分組成。

　　系統(tǒng)上電后，USB設(shè)備按照上位機(jī)的命令完成對(duì)。FPGA數(shù)據(jù)采集參數(shù)的初始化設(shè)置及采集控制。RL2048P在驅(qū)動(dòng)時(shí)序的嚴(yán)格控制下工作，采集的模擬信號(hào)經(jīng)專(zhuān)用CCD信號(hào)處理芯片AD9822的相關(guān)雙采樣及模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，緩存在EP2C35內(nèi)部配置的FIFO中，然后判斷當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)達(dá)到2 048 B時(shí)，向USB控制器CY7C68013A中異步寫(xiě)數(shù)據(jù)，由于USB設(shè)置自動(dòng)IN模式，可以直接把FIFO中數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上位機(jī)硬盤(pán)文件中，因而可完成CCD聲光信號(hào)的采集、傳輸及存儲(chǔ)。

　　2 系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)為：

　　FPGA驅(qū)動(dòng)及控制模塊 系統(tǒng)采用Altera公司的CycloneⅡ系列。EP2C35F672C6芯片，具有高性?xún)r(jià)比及豐富的邏輯資源，可滿足系統(tǒng)的要求。有4個(gè)PLL，33 216個(gè)LE，48 KB存儲(chǔ)器資源，可以配置成各種模式的ROM，RAM及。FIFO，35個(gè)18×18的專(zhuān)用乘法器。FPGA的主要功能是產(chǎn)生RL2048P驅(qū)動(dòng)時(shí)序，控制AD9822采樣及對(duì)其寄存器實(shí)現(xiàn)串行編程，內(nèi)部配置FIFO緩存數(shù)據(jù)以及與USB接口通信，并傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)中。

　　CCD聲光信號(hào)采集模塊 選用PerkinElmer公司的RL2048P線陣CCD。該芯片主要用于高速信號(hào)采集，2 048個(gè)有效像元，具有高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍、寬光譜范圍等特點(diǎn)，最高工作頻率為40 MHz，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為10 MHz。EP2C35的時(shí)序驅(qū)動(dòng)輸出是3．3 V的LVTTL電平，不能直接驅(qū)動(dòng)RL2048P(多電平要求)。因此，使用DG642和74FCT16244TV芯片完成電平轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。圖2為RL2048P驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖；圖3為使用Verilog HDL編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)時(shí)序的QuartusⅡ仿真。由比較可見(jiàn)，設(shè)計(jì)完全能滿足時(shí)序的嚴(yán)格要求。