论文部分内容阅读
近几年来,随着数字存储示波器的功能日益复杂,海量的采样数据流对其的数据处理能力和数据传输速度提出了更高的要求,硬件电路和上位机的数据传输速率逐渐成为限制示波器性能的关键因素。与此同时,高速串行传输技术的快速发展,为这一现状提供一个新的解决方法。本文设计了基于高速串行传输的高速数据互连模块,主要包括对基于PCI-Express协议的高速互连模块和基于GTX的触发快速定位模块进行设计,并把上述模块应用在高采样率数字示波器中。综上,主要研究任务包括以下几个方面:1、设计高速互连模块的硬件电路,为高速互连模块的功能实现奠定基础。并从信号完整性的角度,完成高频数据传输模块的PCB设计和调试,包括走线长度、特征阻抗、电平标准、电源稳定性等方面的考虑。2、基于FPGA中的PCIe核实现互连模块的数据流传输,主要包括上位机对硬件系统的控制命令的准确传输和大数据量的快速传输,包括DMA中断机制的设计和高速数据流控制设计,保证DMA读写数据准确无误并且达到既定目标的数据传输速度。3、基于FPGA中MIG核设计高速数据的缓存模块,主要包括设计DDR3读写状态机,从而来实现通过PCIe的高速数据缓存,通过位宽扩展的方式实现两片DDR3颗粒并行存储数据,使输入数据流水的存入DDR3颗粒,并且保证DDR3颗粒读写数据准确无误。4、基于FPGA中的GTX核实现触发功能模块,主要包括GTX接收模块设计和数字触发模块设计,并通过触发模块生成ADC采集数据的缓存控制使能,通过波形绘制模块对采集数据进行相应的处理,最后把触发模块应用在20GSPS数字示波器中,使波形稳定显示。通过对各电路功能模块的调试和样机的性能测试,互连模块数据传输的速度和精度都已达到预定的设计要求,并应用在高采样率数字示波器中。此外各互连模块的通用性和可移植性较好,有极高的实用价值。