小白入門多路高速(8x8bitsx100Msps)AD驅動設計專欄啓動預告


小白隨筆,大佬左上角走起,或者私信給點建議,畢竟我的知識面還很窄,想法不成熟,通過與大家交流而不斷成長。

1.專欄內容來源

開啓本專欄的契機是在完成研究生課題目標過程中,需要設計多路高速AD採集模塊並用FPGA實時處理。但小編在實現過程中,發現像這種多路高速AD採集模塊的資料極少,基本都是1、2路的高速AD模塊。雖然ADI官方有我所使用芯片(AD9287)的參考設計和程序,但那個FPGA所使用的是Virtex-II,這個芯片是Xilinx 2001年推出的的高性能FPGA,目前已經停產,而且相應的軟件工具在現在的操作系統下兼容性很差。另外AD9287數據手冊官方沒給翻譯,資料僅可從ADI官方獲取,希望ADI更新下參考設計…。
專欄內容會圍繞着下我在設計過程中遇到的困難以及其對應的解決方案,希望能給小白一點參考。當然我分享出來也是爲了咱們能夠相互交流,共同提升,同時也希望能夠完善這個模塊,形成即插即用的通用型產品,這樣可以減少搬磚時間,把精力投入到科研項目本身的核心處理控制算法上,而不是在這個數據通路上浪費時間。

2.專欄內容概覽

包含但不僅限於以下內容,部分內容小編目前也不明白,現在是做個預告,等我項目告一段落之後,就可以把我學到的內容分享給大家了,希望能幫助小白入門,減少搬磚時間。1個月後正式啓動該專欄,下面內容僅僅是個概括。

  • AD9287數據手冊掃盲:充分理解官方數據手冊中與驅動AD9287有關的部分。渣渣的小編讀了不下5遍,感覺還沒有理解透徹…。
  • LVDS接口掃盲:與LVDS有關的基本概念、PCB繪製需要注意的特性阻抗、阻抗匹配之類的東西…。
  • Xilinx 7系列FPGA IOB掃盲:IOB中ISERDES、OSERDES、IDELAY、ODELAY、ILOGIC、OLOGIC等用來驅動LVDS接口的資源的詳解。
  • Xilinx 7Series_SelectIO IP掃盲:如何使用現成的IP來進行LVDS接口驅動的設計。
  • FPGA數據鏈路的設計:最終實現,FPGA乒乓緩存實時數據,並不通過USB上傳,因爲採集卡數據量太大,有效數據都有6.4Gbps,那個A53內置的USB3.0 Hold不住那麼大的數據量。(其實我沒這個需求,沒那個精力搞這塊,僅僅是把科研項目的一部分分享給大家)乒乓緩存之後大家就可以設計對應的並行處理算法來實現信號的處理及對應的控制方案。

3.專欄項目進度

小編國慶爆肝9天,從一無所有到完成芯片選型、原理圖設計、PCB佈局,還有非常重要的高速信號佈線沒有進行,感覺還需要學習很多東西,所以未敢輕易佈線,需要請教經驗實驗室師兄和老師,再重新完成佈局和佈線,現在僅僅是個預告,作爲國慶長假的一個小總結。
下面展示下我的96ADZSZ Mezzanine的造型。
在這裏插入圖片描述

4.專欄基本能力

能夠順利閱讀本專欄,需要具有以下能力,不具有的可以去惡補了。

  • 能夠進行FPGA的開發。基本開發流程得會吧、基本Verilog語法得會吧、FPGA內部的邏輯資源組成得有個初步的瞭解。
  • 能夠進行簡單的PCB設計。小編正式接觸PCB設計還是大三,也就大三設計過幾塊小板子,目前已經1年多沒有接觸過PCB設計了,估計以後也不想從事相關的行業,但每次設計過程中也都嘗試些新東西,比如這次嘗試了3D模型,感覺是不是很炫酷。
  • 具有一定的理解能力,我這個專欄不會講的面面俱到,希望大家多多思考。
  • 具有一定的英語閱讀能力,能夠通過翻譯工具閱讀純英文數據手冊。小編沒有考六級…,但也不影響理解純英文的數據手冊,畢竟僅僅是閱讀,而且有深深的套路。

5.專欄啓動目標

  • 第一目標:把設計多路高速採集模塊過程中遇到的問題及其解決方案分享出來,給剛入門的小白一些參考,希望他們能夠從中收穫些知識少走點彎路。
  • 進階目標:希望對這個模塊感興趣的道友,提出合理而有效的建議,來完善這個模塊,形成一個即插即用的高速多通道AD擴展卡。
  • 終極目標:該模塊產品化,並形成一系列擴展板卡,供科研人員快速快速實現算法部署。

注:目前不準備開放源文件,畢竟這個模塊具有一定的技術含量,不希望抄襲氾濫。

6.專欄板卡參數

核心AD9287參數概覽
在這裏插入圖片描述
這塊數據採集板卡採用兩塊AD9287,構成8通道,總有效數據帶寬高達6.4Gbps。我用的這塊片子算是很便宜的了,一塊加上稅才200RMB多點。更高位數的片子少則500RMB起,多則2000RMB起步,沒有錢咋能搞得起來呢,真是太貴了。
配套的板卡爲安富利的Ultra96-V2,產品圖片見下
在這裏插入圖片描述
板卡參數概覽
The Ultra96-V2 Developer Kit supports the following features:

  • ZYNQ UltraScale+ MPSoC ZU3EG SBVA484
  • Storage
    • Micron 2 GB (512M x32) LPDDR4 Memory
    • MicroSD Socket
  • Wi-Fi / Bluetooth
  • DisplayPort
  • 1x USB 3.0 Type Micro-B upstream port
  • 2x USB 3.0 Type A downstream ports
  • 40-pin Low-speed expansion header
  • 60-pin High speed expansion header
  • Mounted on thermal bracket with fan

板卡資源框圖
在這裏插入圖片描述
這塊板卡官方售價249美刀,國內加稅購買2.2K起步,再加上JTAD調試接口就有2.5K了。最初設想的是從Xilinx中國借塊,可是竟然缺貨…,還好是項目需要,我導師很愉快的同意我購買這塊板卡,要不然就不能分享給大家這些經驗了…。下面放下Ultra96-V2的實體圖片,很mini的一塊板卡。

最後說下,包括FPGA核心板、多路高速AD擴展板,材料費將近4K,請大家量力而行。

7.小編的碎碎念

我再重新申明下我的身份(研一在讀),這樣下面的話聽起來不那麼奇怪。

最近和不少同學談過關於實驗室的事情,感覺好多人都將實驗室任務看成是幫導師幹活???我對此很懵逼,完成實驗室項目提升的不是自己嗎?爲什麼非得強調是給導師幹活呢,別人看我國慶7天都加班(一天13個小時吧,單身狗的時間多…),都很是同情我???這感覺太奇怪了,雖然是在搬磚,但是也是爲了構建以後的美好生活,你現在搬得磚都有可能成爲你能夠在大城市落腳的砝碼。算了多說無益,就此打住,希望研究僧同學們能夠認識到現在社會競爭壓力有多大,找好自己的定位。




最後再次強調下剛剛發佈的文章的PCB板子圖片

題圖的板子肯定要重新設計的,AD芯片和核心板接觸的特別近,核心板上的電感會造成EMI等問題(多謝網友提醒)。這些問題在設計中都多少知道會有(>﹏<),但主動忽略了~( ̄▽ ̄~)~。而且現在連佈線也沒做,畢竟那部分非常不熟╯﹏╰,需要補習大量的知識,也需要請教經驗豐富的師兄和老師。

上面僅僅是爲了國慶結束後能夠寫出來,做個小總結,而強貼上去的…。



原創不易,切勿剽竊!

在這裏插入圖片描述

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