Кристаллы ПЛИС и подключение к ним микросхем АЦП

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) [1^11], - один из самых важных электронных компонентов в измерительном и тестовом оборудовании.Рассмотрим подключение АЦП по параллельной и последовательной шине, с интерфейсами передачи данных – LVTTL, LVCMOS, LVDS.

Существует несколько основных типов архитектуры АЦП, хотя в пределах каждого типа существует также множество вариаций. Различные типы измерительного оборудования используют различные типы АЦП, характеризуемые, в свою очередь, преимущественно высоким быстродействием или высокой точностью [12÷14].

Как известно, банки (группы пинов) ввода/вывода ПЛИС могут конфигурироваться на различное напряжение питания, границы которого определяются производителем кристаллов. В современных ПЛИС типа Xilinx диапазон подаваемых напряжений зависит от типа банка. Существует два основных типа банка (Xilinx) – HP (высокопроизводительные) и HR (банки с большим выбором стандартов и питания). Например, в микросхемах 7 серии Xilinx диапазон напряжений для банков HR – от 1.2 до 3.3В, а для банков HP – от 1.2 до 1.8В. Помимо этого, пины банков могут программироваться на широкий диапазон стандартных интерфейсов передачи данных, но конечный выбор стандарта определяется двумя правилами: напряжение питания банка ПЛИС и способ подключения удаленного устройства и ПЛИС. С другой стороны, немаловажным фактором выбора напряжения питания банка ПЛИС является семейство кристаллов. Так, для Kintex-7 возможно использовать стандарт LVDS 25 и питать банк напряжением 2.5В, а для многих микросхем ПЛИС Virtex-7 стандарт подключения исключительно LVDS 18, и банк запитывается напряжением 1.8В. В связи с этим, возникает проблема сопряжения некоторых аналоговых модулей и несущих плат с разными семействами ПЛИС.

Как правило, интерфейс передачи данных прописывается в файле ограничений (UCF или XDC), а не в исходных кодах проекта, что обеспечивает гибкость конфигурации и повторное использование файлов исходных кодов в других проектах.

Рис.1.Схема внутренних блоков используемых для приёма данных от микросхем АЦП по стандарту LVTTL / LVCMOS / LVDS

Она включает следующие элементы:

• •     Входной приемник

• •     Упаковщик данных

• •     Синхронизатор потока данных (FIFO)

• •     Блок управления микросхемами АЦП

Помимо этих узлов, на верхнем уровне используется модуль синтеза частоты на основе MMCM – стандартный ресурс ПЛИС. Важнейшим условием выполнения заявленной точности систем аналого-цифрового преобразования [1÷16] служит сохранение стабильных параметров стабилизаторами постоянного напряжения, используемых в качестве источников питания и эксплуатируемых, как правило, в широком диапазоне рабочих температур. Также для управления задержками в узлах IODELAY применяется компонент IDELAYCTRL.