基于FPGA的高速AD7903驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蘇 銳 合肥工業(yè)大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 安徽合肥 230009

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基于FPGA的高速AD7903驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蘇 銳 合肥工業(yè)大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 安徽合肥 230009

【文章摘要】

高速AD采集目前在激光干涉位移測(cè)量中起到重要作用，AD采集的速度以及分辨率直接決定了干涉測(cè)量的分辨率。本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA驅(qū)動(dòng)的高速AD7903采集系統(tǒng)，包括硬件以及軟件設(shè)計(jì)，并最終對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通用性較強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】

AD7903；高速采集；FP

引言

隨著電子技術(shù)發(fā)展，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)科學(xué)研究以及工業(yè)生產(chǎn)有著重要的作用，其中高速AD就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的主要方式之一。本文使用全差分雙通道AD7903實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，該芯片最高采樣率1Msp，采用串行數(shù)據(jù)接口，F(xiàn)PGA提供采樣時(shí)序控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先使用Modelsim仿真，之后在硬件平臺(tái)實(shí)測(cè)，使用singal tap觀測(cè)采集的數(shù)據(jù)。

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

AD7903是一款全差分雙通道的高速AD，內(nèi)部2個(gè)ADC采用單電源（VDDX）供電。整個(gè)AD外圍電路包括前端運(yùn)放驅(qū)動(dòng)，參考電壓輸入，電源模塊以及AD7903。其中前端運(yùn)放選用的是ADA4941，參考電壓選用的是ADR435，圖1是設(shè)計(jì)的電路前置運(yùn)放部分的原理圖，主要是為了將單端信號(hào)輸入變成差分信號(hào)給后端AD使用，電阻取值可以按照信號(hào)輸入范圍來(lái)確定，本文中信號(hào)Vpp=10V，差分信號(hào)范圍是0～5V，具體可參考ADI公司的CN0032電路筆記。

圖1　電路前置運(yùn)放部分原理圖

圖2　3線(xiàn)無(wú)繁忙模式時(shí)序

圖3　modelsim仿真時(shí)序圖

2　AD7903控制時(shí)序設(shè)計(jì)

AD7903是一款集成多功能串行端口接口（SPI）的器件，并且在使用獨(dú)立電源VIOx時(shí)，與1.8V、2.5V、3.3V以及5V邏輯電平兼容，本設(shè)計(jì)采用的是3.3V邏輯電平，VIOx接入的是3.3V。工作模式有CS以及鏈模式2種，本文程序控制使用的是3線(xiàn)無(wú)繁忙指示CS模式，使用的是Verilog硬件語(yǔ)言。圖2是3線(xiàn)無(wú)繁忙接口時(shí)序。

以下是產(chǎn)生CNV，SCK時(shí)序部分的Verilog Code

此種模式下，SDI=1，主要控制CNV以及SCK，SCK下降沿依次從SDO讀取數(shù)據(jù)。圖3是modelsim仿真時(shí)序圖。

3　AD7903采集測(cè)試結(jié)果

將綜合完成的Verilog代碼在JTAG模式下寫(xiě)入FPGA開(kāi)發(fā)板中，在輸入直流電壓3V時(shí)，使用Singal tap查看AD7903的數(shù)據(jù)采集情況，如圖4所示。

圖4　Singal tap 數(shù)據(jù)采集

表1是Vref=5V情況下不同直流輸入采集的數(shù)據(jù)。

表1　AD7903直流電平采集數(shù)據(jù)結(jié)果

4　結(jié)論

本文基于FPGA設(shè)計(jì)了AD7903高速AD的采集系統(tǒng)，涵蓋硬件電路以及軟件編寫(xiě)，并最終給出了modelsim下的仿真結(jié)果以及實(shí)際測(cè)試的AD采集數(shù)據(jù)。同時(shí)最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，整個(gè)設(shè)計(jì)方案有效，且調(diào)試靈活，適用范圍廣。

【參考文獻(xiàn)】

［1］何樂(lè)年，王憶.模擬集成電路設(shè)計(jì)與仿真［M］.北京：科學(xué)出版社，2010

［2］夏宇聞編著. Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2003

［3］http：//www.analog.com/media/cn/ technical-documentation/data-sheets/ AD7903_cn.