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FPGAを用いた信号処理システムの実装

awong
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信号処理アプリケーションには、高い演算性能と電力効率が求められる。Digilent製の新製品 FPGAボード、Eclypse Z7(195-3771)は、信号処理アプリケーション開発が行えるFPGA開発ボードだ。エッジコンピューティング、医療、通信アプリケーション向けのハイスピード計装、制御、計測システムに最適だ。

またEclypse Z7の拡張製品として、Zmod ADC 1410(195-3772)とZmod DAC 1411(195-3773)の2つがある。Zmod製品は、SYZYGY(シジギー)規格に準拠している拡張モジュールだ。 このSYZYGY規格は、Pmod規格とFMCの中間レベルの伝送を目的としたFPGAボード用の高速I/O拡張規格で、Pmodよりもはるかに速い速度/広い帯域幅のデジタルインターフェースを提供する一方で、FMCよりもはるかに小さく低コストを実現している。ユーザーは自分のアプリケーションに適したI/OでFPGA開発ボードを構成できる。

Zmod ADC 1410は、デュアルチャネル、高速、低消費電力、14ビット、105MS/秒のアナログ・デジタル変換器(ADC)であるAnalog DevicesのAD9648を搭載している。SYZYGYキャリアにより駆動されるZmod ADCは、2つの同時信号(1MΩ、±25V、シングルエンド、14ビット、100MS/秒、70MHz+帯域幅)を取得することができる。アナログ入力は、SMAケーブルを使用して回路に接続できる。

Zmod DAC 1411は、デュアルチャネル、高速、低消費電力、14ビット、125MS/秒のデジタル・アナログ変換器(DAC)であるAnalog DevicesのAD9717を搭載している。SYZYGYキャリアによって駆動されるZmod DACは、2つの同時信号(50Ω、±5V、シングルエンド、14ビット、100MS/秒、40MHz+帯域幅)を生成することができる。アナログ出力は、SMAケーブルを使用して回路に接続できる。

この記事では、ポータブル計測器である Analog Discovery 2(134-6480)を用いて、アナログ信号を生成し、出力信号をEclypse Z7 とZmod ADC 1410 を使い、周波数領域で可視化する信号処理システムを構築してみよう。

最初のステップは、Analog Discovery 2をZmod ADC 1410の入力チャンネル1に接続することだ。次に、Analog Discovery 2からのアナログ信号が、Zmod ADC 1410を介してデジタルに変換され、デジタルローパスフィルタの入力へと伝達される。デジタルローパスフィルタは、XilinxのFIRコンパイラ7.2 IP Coreによって作成される。フィルタの出力は、Zmod DAC 1411を介してアナログに変換される。これらのデジタル信号は、Zmod DAC 1411の出力チャンネルを通して可視化することができる。

フェーズ誤差を修正するためには、Zmod ADC 1410の出力チャンネルをZmod DAC 1411の入力チャンネル1に直接接続することにより、デジタルループバックが発生する。

設計におけるXilinx Zynqの使用

Zynq 7020のFPGAは以下に用いる。

  1. Zmod ADC 1410ハードウェアを初期化し、ユーザークロックドメイン内で受信データを同期させる
  2. XilinxのFIRコンパイラ7.2 IP Coreを使用して、デジタルローパスFIRフィルタを作成する
  3. Zmod DAC 1411ハードウェアを初期化し、AD9717;DAC要件に従って出力データをフォーマットする

 

プロジェクトの詳細とソースファイルは、Digilent Wikiで公開されている

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

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