FMC-ADA学习笔记之DAC配置及应用

作者: wuxingxing
上传时间为: 2013-07-11 09:46 PM

FMC-ADA464是威视锐公司推出的一款基于xilinx标准FMC低密度连接器的ad-da扩展板,适合作为高速数据采集或软件无线电研究开发领域,可以配合所有支持xilinx标准3.3V接口/2.5V标准的FMC-LPC主板进行使用。由于ADC芯片的不同而分为了两个版本,LTM9002和ADS62P44。笔者手上的FMC是ADS63P44(AD转换)、AD9777(DA转换)版本的,新鲜出炉的是DA转换的应用。

在使用之前,看一下FMC-ADA单板都有哪里硬件配置吧。FMC-ADA464从数据转换类别上分为AD转换和DA转换两个部分;从功能上划分,可以分为三个部分:五个BNC接口(两路AD模拟信号输入、两路DA模拟输出、一路外部时钟输入)、信号转换处理、FMC接口数据输入输出( FPGA)。

FMC-ADA主要芯片:

AD转换的芯片使用的是TI公司的ADS62P44芯片,最大可达125MSPS采样速率,14位分辨率;

DA转换芯片采用的是AD公司的AD9777芯片,16位分辨率,160MSPS400MSPS 输入输出数据速率。

AD和DA芯片高采样率和高分辨率在同类单板中算是“佼佼者"了。

FMC-ADA扩展板

FMC-ADA扩展板可以搭配威视锐公司近期推出的基于Zynq-7000的Zing开发平台使用,爱板网之前已对Zing系列开发平台做了评测,FMC-ADA+Zing组合属于“强强联合”。

FMC-ADA不只局限在威视锐自己的开发平台,其FMC的接口可以用于其他具有FMC接口的开发板。由于最近在捣腾zedboard,刚好配有FMC接口,于是就有了zedboard+FMC-ADA的“红绿配”,额外还可以验证FMC-ADA扩展板的通用性,“一举两得”。

Zedboard与FMC连接图

上电之后,FMC的LED灯亮起,表示FMC能正常上电。整个单板仅有这一个指示灯啊,使用起来一眼黑啊。配置芯片以及数据输出或是波形输出没有任何标志,只能靠最后的测量。如果在配置完芯片后,可以亮起一个LED灯指示,就相当完美了,当然这是牢骚之类的后话了。

如上面所说,本例只是针对DA转换的应用,首先建立ISE工程,这里就不在一一展现了,有FPGA开发基础的同学自然不在话下,不懂的同学可以到爱板网搜索参照有关FPGA单板的评测。ISE工程的verilog编程分为三个部分:SPI传输、AD9777寄存器配置、数据输出。

AD9777内部的寄存器用于芯片的初始化配置,通过SPI总线接口进行数据传输。SPI总线结构简单方便,只需要4根线就可以搞定,SPI_CLK、SPI_CSB、SPI_SDIO。

FPGA输出一个控制信号,确定初始化哪个芯片。

LPC_RESET为0时,配置AD芯片; LPC_RESET为1时,即为配置DA芯片,这里直接输出高电平:assign lpc_reset = 1'b1

在配置AD9777芯片时,需要注意的是SPI_CLK的最大频率为15MHz,SPI_SDIO的写入在时钟的上升沿完成。

AD9777 SPI时序图

SPI的数据传输包括两个部分,指令字节和数据传输字节:

R/W:数据读写指令,0为写指令,1为读指令 I6(n)、I5(n):数据传输周期传送的字节数 I4..I1:简单点说就是要写入的寄存器地址 D7..D0:写入相关寄存器的数据

SPI数据传输通过状态机实现:

AD9777的寄存器参数的配置是在相当曲折的过程中完成了,尝试了几次才有成果,详细的寄存器的配置说明请参照附件的AD9777芯片的datasheet。下面是相关的寄存器参数,仅做参考。

在寄存器配置完成后,16位数据通过并行接口从FPGA传入到芯片AD9777,就可以完成数字到模拟的转换了。

通过ISE自带的DDS核可以生成正弦或余弦波,但是为了尽早见到成果,本例中为16位数据配置为一个简单的12.5MHz方波:

assign ad_out = sclk?16'h7fff:0  //sclk=12.5MHz

16位数据的大小决定了转换波形的峰值。

完成verilog编程后,还要对引脚进行配置,FMC-ADA的引脚要与zedboard的引脚一一对应。为了方便大家,详细的verilog代码已呈上:

user_logic

最后将编译好的bit文件download到FPGA中,最后可以看到设置为7fff的波形:

可以看到波形的峰峰值为-100mv到100mv。当再增大数据时,峰值居然没有变化。在datasheet中可以看到:

输出电压的最大可以到1.25V,至于为什么到100mv之后不再增加了,现正在进一步研究,请继续关注。但是不管怎么说,有波形输出了,说明DA已经能够正常工作了。

小结:

FMC-ADA是一款功能强大的集合了AD和DA的高速数据采集应用板,夸张点说我们的DA应用只是FMC-ADA的”冰山一角“,算是一个抛砖引玉的作用,更多的功能等待大家去应用实现。

相关链接:

1、AD9777datasheet

2、Zedboard评测

3、Zing RDK评测


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