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FPGA-basierte Implementierung von Signalverarbeitungs-systemen

awong
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Signalverarbeitungsanwendungen erfordern hohe Rechenleistung und Energieeffizienz. Digilents neueste FPGA-Karte, die Eclypse Z7 (195-3771) , ist ein integriertes Messsystem, das eine Lösung für Signalverarbeitungsanwendungen bietet. Die Eclypse Z7 eignet sich ideal für Hochgeschwindigkeitsinstrumente, Steuer- und Messsysteme für Edge-Computing sowie medizinische und Kommunikationsanwendungen.

Das Eclypse Z7-Ökosystem umfasst darüber hinaus den Zmod ADC 1410  (195-3772)  und Zmod DAC 1411  (195-3773) . Bei den Zmod-Produkten handelt es sich um SYZYGY-konforme Erweiterungsmodule, einen Hochgeschwindigkeits-E/A-Erweiterungsstandard für FPGA-Karten zwischen dem Pmod-Standard und FMC. Der SYZYGY-Standard bietet eine digitale Schnittstelle mit deutlich höherer Geschwindigkeit/Bandbreite als Pmod, allerdings in einem deutlich kompakteren und kostengünstigeren Formfaktor als FMC. Damit können Benutzer eine FPGA-Entwicklungskarte mit den richtigen E/A für ihre Anwendung konfigurieren.

Der Zmod ADC 1410 ist mit einem Analog Devices AD9648 ausgestattet, dem Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Wandler (ADC) mit zwei Kanälen, geringem Energieverbrauch, 14 Bit und 105 MS/s. Mithilfe des SYZYGY-Trägers kann der Zmod ADC zwei Signale gleichzeitig empfangen (1 MΩ, ±25 V, asymmetrisch, 14 Bit, 100 MS/s, >70 MHz Bandbreite). Analoge Eingänge können mithilfe von SMA-Kabeln an einen Stromkreis angeschlossen werden. 

Der Zmod DAC 1411 ist mit einem Analog Devices AD9717 ausgestattet, dem Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Wandler (DAC) mit zwei Kanälen, geringem Energieverbrauch, 14 Bit und 125 MS/s. Mithilfe des SYZYGY-Trägers kann der Zmod DAC zwei Signale gleichzeitig erzeugen (50 Ω, ±5 V, asymmetrisch, 14 Bit, 100 MS/s, >40 MHz Bandbreite). Analoge Ausgänge können mithilfe von SMA-Kabeln an einen Stromkreis angeschlossen werden.

In diesem Signalverarbeitungssystem verwenden wir das USB-Multiinstrument Digilent Analog Discovery 2 (134-6480) zur Erzeugung von analogen Signalen und Visualisierung von Ausgangssignalen im Frequenzbereich.

Zuerst wird das Analog Discovery 2 an Eingangskanal 1 des Zmod ADC 1410 angeschlossen. Anschließend werden die analogen Signale vom Analog Discovery 2 durch den Zmod ADC 1410 digitalisiert und an den Eingang eines digitalen Tiefpassfilters übergeben. Der digitale Tiefpassfilter wird durch den Xilinx FIR-Compiler 7.2 IP Core erstellt. Die Ausgänge des Filters werden durch den Zmod DAC 1411 wieder in analoge Signale umgewandelt. Diese digitalen Signale können über Ausgangskanal 1 des Zmod DAC 144 visualisiert werden.

Zur Korrektur von Phasenfehlern kann eine digitale Prüfschleife genutzt werden, indem der Ausgangskanal des Zmod ADC 1410 direkt mit Eingangskanal 1 des Zmod DAC 1411 verbunden wird.

Verwendung des Xilinx Zynq im Konzept

Die programmierbare Logik des Zynq 7020 wird zu folgenden Zwecken verwendet: 

  1. Initialisierung der Zmod ADC 1410-Hardware und Synchronisierung der eingehenden Daten in der Uhrdomäne des Benutzers
  2. Erstellen eines digitalen Tiefpass-FIR-Filters durch den Xilinx FIR-Compiler 7.2 IP Core 
  3. Initialisierung der Zmod DAC 1411-Hardware und Formatierung der Ausgabedaten laut AD9717 DAC-Anforderungen

Die Projektdetails und Quelldateien finden Sie im Digilent Wiki.

Love learn engineering in hands-on approach. Interested in new technology. Work in Digilent as International Sales and Distribution Manager.

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