基于PXI的高速数字化仪模块

本设计中。A／D转换器选用Mamix公司的MAXl215，该芯片是一款12 bit／250 Ms／s的高速A／D转换器，它具有出色的SNR和SFDR特性，使用250 MHz差分采样时钟，接收差分输入信号，输出12位LVDS格式的差分数字信号，提供差分同步时钟信号。为了提高测试精度，单端的输入信号需要转换成差分模式后再送入A／D，增益调整及单端到差分转换电路的局部如图5所示。考虑阻抗匹配问题，在单端信号转换为差分模式时，需要在2个差分线上串联50 Ω的匹配电阻，作为LVDS信号的发送端。

在PCB的设计中，对差分线要进行特别处理。差分线在走线区间内的实际布线公差应控制在5 mil内；差分对内两条线之间的距离应尽可能小，以使外部干扰为共模特征；要保证每个差分对内的长度相互匹配，以减少信号扭曲；采用电源层作为差分线的信号回路，因为电源平面有最小的传输阻抗，可以有效减少噪声影响。图6所示为本设计PCB的局部。

本设计中FPGA作为LVDS信号的接收端，首先需要将A／D输入的LVDS差分数据和同步时钟信号转换成单信号。此处选用了xilinx公司的VirtexⅡ-Pro系列FPGA，该系列的FPGA嵌入了高速I／O接口，能实现超高带宽的系统芯片设计，支持LVDS、LVPECL等多种差分接口，适应性很强，为高速数据接口提供了完善的解决方案。LVDS差分信号的接收可以通过例化IBUFDS_LVDS这个模块来实现，同时在程序中设置使用内部的匹配电阻，实现LVDS的阻抗匹配。差分时钟信号由全局时钟输入脚接入FPGA，然后通过调用xFPGA特有的数字时钟管理模块(DCM)，将时钟转换成单信号并进行分频、移相等处理，作为后续处理的时钟信号。
2．3 PXI接口设计
PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation)，它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适用于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。PXI模块化仪器系统具备高速的性能，并与PCI保持兼容性，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。本设计中使用PCI9054进行PXI接口硬件的设计，PCI9054是美国PLX公司生产的一款32位／33 MHz通用PCI总线控制器专用器件，它具有强大的功能和简单的用户接口，为PCI总线接口的开发提供了一种简便方法。
2．4 PXI驱动开发
PXI的软件要求包括支持Microsoft Windows NT和95(WIN32)这样的标准操作系统框架，要求所有仪器模块带有配置信息(configuration information)和支持标准的工业开发环境(如NI的LabVIEW、LabWindows／CVI和Microsoft的VC／C++、VB和Borland的C++等)，而且符合VISA规范的设备驱动程序(WIN32 device drivers)。本设计应用KRF-Tech公司的Windriver来编写设备驱动程序，Windriver针对PLX和AMCC的专用接口器件编写了API函数包，降低了开发难度。驱动程序的软件流程图如图7所示，图8是本数字化仪模块软面板的界面，对数字化仪的所有控制都可以通过设置该虚拟软件界面来完成。

3 结束语
本文给出了基于PXI总线接口的高速数字化仪模块的设计实现方法，介绍了高速数据采集系统中LVDS接口、LVPECL接口电路结构及连接方式，并在所设计的数字化仪模块中得到应用。系统可以稳定的工作在250 MHz，实现高精度、长时间的数据采集和分析。该数字化仪模块已成功应用于多个PXI测试系统中，广泛应用于工业自动化、通信、科研、军事、航空航天、消费电子等多个领域。