基于FPGA的數字選頻器設計

RT8289是一款DC／DC芯片，轉換效率高達90％，內部具有緩啟動(dòng)功能，能在寬范圍的輸入電壓下實(shí)現高達5 A的連續電流輸出，輸入電壓范圍為5．5～32 V，輸出電壓可調為1．222～26 V；LT1764電源芯片為L(cháng)DO，輸出電流理論上可達3 A，寬輸入電壓范圍為2．7～20 V，輸出電壓可調為1．21～20 V，固定輸出電壓有：1．5 V，1．8 V，2．5 V，3．3 V。TPS74401電源芯片為L(cháng)DO，支持輸入電壓低至0．9 V，輸出電壓為0．8～3．6 V可調，輸出電流最大可達3 A，配置電路比較簡(jiǎn)單，而且在配置電路結構不變的情況下，可以通過(guò)調整配置電阻來(lái)改變輸出電壓，方便調試。
2．2 系統時(shí)鐘模塊設計
整個(gè)系統時(shí)鐘主要由時(shí)鐘芯片AD9516提供，AD9516是14路輸出時(shí)鐘發(fā)生器，配有片內集成鎖相環(huán)(PLL)和電壓控制振蕩器(VCO)，也可以使用最高2．4 GHz的外部VCO／VCXO。AD9516具有出色的低抖動(dòng)和相位噪聲特性，可極大地提升數據轉換器的性能。AD9516提供6路LVPECL輸出、4路LVDS輸出和8路CMOS輸出。LVPECL輸出的工作頻率達1．6 GHz，LVDS輸出的工作頻率達800 MHz，CMOS輸出的工作頻率達250 MHz。每對輸出均有分頻器，其分頻比和粗調延遲(或相位)均可以設置。
系統時(shí)鐘結構框圖如圖4所示，其中VCXO為外部122．88 MHz的壓控晶振，TCXO為10 MHz的溫度補償晶振，由它提供時(shí)鐘參考相位。

TCXO為AD9516提供10 MHz的參考時(shí)鐘，VCXO為AD9516提供122．88MHz的外部時(shí)鐘，VCXO與TCXO保持相位同步，AD9516為A／D提供122．88 MHz的差分時(shí)鐘A／D_CLK，A／D在時(shí)鐘A／D_CLK下進(jìn)行采樣；AD9516為D／A提供122．88 MHz的差分時(shí)鐘D／A_CLK，D／A在時(shí)鐘D／A_CLK下進(jìn)行數模轉換；A／D提供時(shí)鐘FPGA_A／D_CLK給FPGA，A／D在此時(shí)鐘下傳送數字信號給FPGA；D／A提供時(shí)鐘FPGA_D／A_CLK給FPGA，D／A在此時(shí)鐘下從FPGA接收數字信號。
2．3 FPGA模塊、A／D模塊和D／A模塊
FPGA 選用低成本的 Spartan-3A DSPXC3SD3400A，由Xilinx公司生產(chǎn)，系統門(mén)數為3400k，Slice數目為23 872，分布式RAM容量為373 Kb，塊RAM容量為2 268 Kb，專(zhuān)用乘法器數為126，DCM數目為8，最大可用I／O數為469，最大差分I／O對數為213。FLASH型號為M25P32。FPGA采用的配置模式為MASTER SPI模式。
A／D轉換芯片選用AD6655，AD6655是一款14 b，150 MSPS的模數轉換器。當工作在32．7～70 MHz帶寬內，采樣速率為150 MSPS時(shí)，SNR為74．5 dBc；而在70 MHz帶寬內，SFDR為80 dBc。具有高性能，低功耗，易于使用的優(yōu)點(diǎn)。CMOS的數據和時(shí)鐘輸出能直接連接到現有的FPGA上，片上基準和采樣保持電路為系統設計提供了靈活性，可通過(guò)SPI進(jìn)行控制，標準的串行接口提供各種功能，比如數據格式修改，穩定時(shí)鐘占空比，支持掉電模式和增益調整。內部集成了DDC和NCO。
在A(yíng)D6655接口電路中，MCU通過(guò)SPI接口對AD6655進(jìn)行寄存器配置以使其正常工作。SMA輸入部分經(jīng)過(guò)耦合電路后送至AD6655的差分輸入端VIN+和VIN-，AD9516輸出差分時(shí)鐘信號送至AD6655的時(shí)鐘差分輸入端CLK+和CLK-，同時(shí)AD6655本身輸出的差分時(shí)鐘也送至FPGA的時(shí)鐘輸入引腳。AD6655的差分數據輸出接至FPGA的I／O口。由于A(yíng)D6655的SPI接口的數據線(xiàn)口是雙向的，而MCU的SPI數據線(xiàn)均是單向的，故其兩者之問(wèn)連接必須通過(guò)一個(gè)BUFFER芯片NC7WZ07進(jìn)行轉換，同時(shí)起到隔離的作用，使AD6655更好地全動(dòng)態(tài)范圍工作。