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解读FPGA芯片SOPC发射端电路设计

时间:02-03 来源:互联网 点击:

  本文设计基于FPGA 芯片EP3C16Q240C8N 的片上可编程系统,该系统可用于实现IFFT运算和接口模块,利用可嵌入到此FPGA 芯片的NiosII 软核处理器来实现数据传输和控制。功能电路中的ADI 的数字上变频芯片AD9957 和可控增益芯片AD8369 用于实现DAB 基带信号的上变频和信号放大。这套DAB 发射机电路板尺寸为100cm*160cm,经过测试,能很好的完成发射,具有较高的可靠性。

  DAB 发射机是数字音频广播重要组成部分。DAB 技术是欧洲尤里卡项目之一,目前已经非常成熟.DAB 采用先进的数字技术,正交分频复用技术(OFDM),能以极低的数据传输率及失真下传送CD 质量之立体声节目,可解决传统模拟广播接收不良及干扰问题.DAB 发射系统包括信源编码。信道编码。 时间交织。频率交织.OFDM 调制和射频部分。射频部分包括上变频和增益放大,用来把基带信号搬移到发射频率上并将其放大。

  FPGA 技术不断进步,成本和功耗不断下降的同时性能和容量在大幅上升,FPGA 也代替MCU 越来越多的嵌入到系统中去。为了便于系统集成,本文设计FPGA 系统嵌入到DAB 发射系统中,使得开发变得方便灵活,同时也降低了成本。

  FPGA 的SOPC 系统构成

  该系统硬件框图如图1所示。系统中FPGA采用ALTERA 公司的CycloneIII 系列芯片EP3C16Q240C8N.FPGA 中的NiosII 软核处理器完成数据的控制和指令传送,还可以在FPGA 上实现OFDM 调制。配置芯片选用EPCS16,片外扩展存储器为IS42S16100-7T.框图中,功能电路是用来实现DAB 发射功能的,它包括数字上变频(其中已经包括A/D 和D/A 转换)。信号放大.USB 传输等。

  根据DAB 发射系统设计可以得出系统中各个单元所需的资源:逻辑单元。寄存器。引脚。内存。乘法器单元。锁相环分别为8839.4719.104.202752bits.6和1.这款芯片为QPFP 封装。

  配置电路

  FPGA 芯片按配置速度快慢依次为:

  AcTIve parallel(AP)模式.Fast passiveparallel(FPP)模式.AcTIve serial(AS)模式.Passive serial(PS)模式。另外还有用于调试的Joint Test AcTIon Group(JTAG)模式。本文FPGA 同时配置AS 模式和JTAG 模式。根据cycloneIII 的数据手册,配置方案由MSEL 引脚决定。当使用AS 和JTAG 两种方式时,MSEL[3:0]为"010"。如图2所示为ATERA 给出的AS 和JTAG 配置电路。AS

  AS 模式是指FPGA 的EPCS 控制器发出读取数据的信号,从而把串行FLASH(EPCS系列芯片)的数据读入FPGA 中,实现对FPGA 的编程。配置数据通过FPGA 的DATA0引脚送入,数据被同步在DCLK 输入上,1个时钟周期传送1位数据。 本文中选取的配置芯片EPCS16SI8,有16Mbits 的存储空间,可以支持DCLK 时钟工作在20MHz 和40MHz.JTAG 接口是一个业界标准接口,主要用于芯片测试等功能.ALTERA 的FPGA 基本上都可以支持JTAG 命令来配置FPGA 的方式,而且JTAG 配置方式比其他任何方式优先级高.JTAG 模式是将配置数据存储在SRAM,掉电后需重新下载。它与FPGA 的接口有4个必需的信号TDI,TDO,TMS 和TCK 以及1个可选信号TRST 构成。

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