基于立体封装技术的复合电子系统模块应用

摘要：本文在SIP立体封装技术的基础上，设计了基于DSP、FPGA的复合电子系统模块。重点介绍了模块的功能构成及模块接口应用，为基于SIP小型化封装的复合电子系统(功能可订制)提供应用基础。

引言

随着电子技术的发展对系统模块小型化高可靠性提出了更高的要求。复合电子系统模块是欧比特公司推出的一款SIP模块，其将特定(可定制)的电子系统功能模块采用立体封装技术制作而成。本文介绍了基于DSP、FPGA的复合电子系统模块OBT-MCES-01的功能构成以及应用方法。

1 SIP简介

SIP(System In Package系统级封装)是将多种功能芯片，包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能。欧比特公司SIP采用立体封装技术，将系统功能模块分割为多部分(层)进行叠装设计，层间互联信号通过表面金属化后激光雕刻实现，形成QFP、PGA等封装形式的模块。

2 模块功能设计

OBT-MCES-01是一款基于DSP、FPGA的集成ADC、DAC、CAN、RS422等功能的SIP复合电子系统模块。其采用QFP240 PIN封装形式，实体大小35*35*10mm，各子功能模块在模块内实现连接，CAN、RS422、ADC、DAC、JTAG、I/O等输入输出端口作为模块引脚。

3 模块功能应用

OBT-MCES-01一款基于DSP、FPGA的完整电子系统，可适用于用到高速DA、AD等相关领域，同时兼备了RS422、CAN功能。模块所含资源如下：

● 32位浮点DSP
　　● 100万门FPGA
　　● 4MB FLASH
　　● 1MB SRAM
　　● 16位高速DAC
　　● 12位高速ADC
　　● 14位高速ADC
　　● RS422收、发
　　● CAN
　　● 触发器输出

3.1 DSP

DSP采用高速32位浮点型FT-C6713，为整个系统的控制中心，负责程序控制和FPGA之间通讯。DSP和FPGA、FLASH、SRAM互联，其中DSP存储部分连接了一片2M*16Bit FLASH 及256K*32Bit SRAM ，用于系统程序ROM及数据高速缓存。FLASH、SRAM的控制信号由FPGA产生。DSP配置为16Bit ROM启动模式。

DSP的I2C、JTAG对外引出做引脚。其中JTAG信号用于对系统的仿真调试以及程序烧录。两路I2C都有引出，可扩展外围I2C器件。其应用连接方式如下：

3.2 FPGA

FPGA采用100万门的SMQ2V1000为整个系统模块的处理中心，包括配置模块、ADC、DAC、CAN、RS422等功能。FPGA负责系统外围接口信号处理及和DSP完成数据通讯。FPGA引出至引脚的信号有JTAG信号、16I/O信号、16路74LVC164245信号、2路CD54HC14触发门输出。其中JTAG端口用于FPGA的调试以及程序下载，FPGA配置芯片为18V04。16路I/O用于后续功能的扩展以及调试。16路74LVC164245D端口为+5V 电平信号，可将外部+5V电平信号转换成+3.3V信号给FPGA处理。2路CD54HC14输出直接至引脚输出。

3.3 CAN

OBT-MCES-01包括2路CAN(使用SN65HVD232D接口芯片+3.3V供电)，分别引出引脚可接外部CAN信号输入,注意模块CAN信号之间并没有并接匹配电阻，如需要需在CANH、CANL之间跨接120欧电阻。FPGA内需嵌入CAN IP核完成CAN信号处理，DSP可对此IP核进行CAN功能操作。

3.4 RS422

OBT-MCES-01集成了RS422发送、接收接口电路，分别采用SM3030、SM3096。接口芯片采用+3.3V供电，信号直接和FPGA相连，FPGA内需嵌入RS422 IP核，DSP可进行此IP核进行RS422功能操作。

3.5 DAC

OBT-MCES-01 DAC部分采用的是16位高速差分芯片B9726，采用+3.3V/+2.5V供电，使用内部参考电压VREF=1.2V。DSP和FPGA之间通讯完成DAC操作。DAC转换输出IOUTA、IOUTB至引脚，可外接运放滤波器电路。B9726的FSADJ信号做引脚输出，可外接电阻调节DAC输出幅度。

DAC 输出关系：I_OUTFS = V_REF/R_FSADJ ×32

I_OUTA = I _OUTFS × DB[15:0]/65536

I_OUTB = I _OUTFS × (1 - DB[15:0])/65536

3.6 ADC

OBT-MCES-01包括两ADC，一路为12位高速B9235，一路为14位B9243。ADC数据及控制信号连接至FPGA，DSP和FPGA之间通讯完成ADC操作。

其中B9235采用单+3.3V供电，两差分输入端做引脚输入，操作模式MODE做引脚输入。典型的应用为使用差分驱动将单端模拟输入转换成差分。需要注意的是模拟输入范围Vpp=2V。

B9243采用单+5V供电，连接成单端输入模式VINA(Vpp=5V)做引脚输入，ADC时钟做引脚输入，外部输入+5V电平的时钟信号。

4 总结

本文阐述了欧比特公司设计的基于DSP、FPGA的复合电子系统模块OBT-MCES-01的功能构成及接口应用，此方案对今后订制类复合电子系统模块的研制及应用提供借鉴意义。

参考文献
　　[1] OBT-MCES-01使用手册V1.0，欧比特控制工程股份有限公司，2013
　　[2] 邹彦，DSP原理及应用，电子工业出版社，2005
　　[3] 刘岚，黄秋元，陈适，FPGA应用技术基础教程，电子工业出版社，2009
　　[4] Walt Kester, DAC Interface Fundamentals, Analog Devices, Inc.,2009
　　[5] John Ardizzoni, Jonathan Pearson, “Rules of the Road” for High-Speed Differential ADC Drivers, Analog Devices, Inc.,2009