基于FPGA的数字选频器设计

RT8289是一款DC／DC芯片，转换效率高达90％，内部具有缓启动功能，能在宽范围的输入电压下实现高达5 A的连续电流输出，输入电压范围为5．5～32 V，输出电压可调为1．222～26 V；LT1764电源芯片为LDO，输出电流理论上可达3 A，宽输入电压范围为2．7～20 V，输出电压可调为1．21～20 V，固定输出电压有：1．5 V，1．8 V，2．5 V，3．3 V。TPS74401电源芯片为LDO，支持输入电压低至0．9 V，输出电压为0．8～3．6 V可调，输出电流最大可达3 A，配置电路比较简单，而且在配置电路结构不变的情况下，可以通过调整配置电阻来改变输出电压，方便调试。
2．2 系统时钟模块设计
整个系统时钟主要由时钟芯片AD9516提供，AD9516是14路输出时钟发生器，配有片内集成锁相环(PLL)和电压控制振荡器(VCO)，也可以使用最高2．4 GHz的外部VCO／VCXO。AD9516具有出色的低抖动和相位噪声特性，可极大地提升数据转换器的性能。AD9516提供6路LVPECL输出、4路LVDS输出和8路CMOS输出。LVPECL输出的工作频率达1．6 GHz，LVDS输出的工作频率达800 MHz，CMOS输出的工作频率达250 MHz。每对输出均有分频器，其分频比和粗调延迟(或相位)均可以设置。
系统时钟结构框图如图4所示，其中VCXO为外部122．88 MHz的压控晶振，TCXO为10 MHz的温度补偿晶振，由它提供时钟参考相位。

TCXO为AD9516提供10 MHz的参考时钟，VCXO为AD9516提供122．88MHz的外部时钟，VCXO与TCXO保持相位同步，AD9516为A／D提供122．88 MHz的差分时钟A／D_CLK，A／D在时钟A／D_CLK下进行采样；AD9516为D／A提供122．88 MHz的差分时钟D／A_CLK，D／A在时钟D／A_CLK下进行数模转换；A／D提供时钟FPGA_A／D_CLK给FPGA，A／D在此时钟下传送数字信号给FPGA；D／A提供时钟FPGA_D／A_CLK给FPGA，D／A在此时钟下从FPGA接收数字信号。
2．3 FPGA模块、A／D模块和D／A模块
FPGA 选用低成本的 Spartan-3A DSPXC3SD3400A，由Xilinx公司生产，系统门数为3400k，Slice数目为23 872，分布式RAM容量为373 Kb，块RAM容量为2 268 Kb，专用乘法器数为126，DCM数目为8，最大可用I／O数为469，最大差分I／O对数为213。FLASH型号为M25P32。FPGA采用的配置模式为MASTER SPI模式。
A／D转换芯片选用AD6655，AD6655是一款14 b，150 MSPS的模数转换器。当工作在32．7～70 MHz带宽内，采样速率为150 MSPS时，SNR为74．5 dBc；而在70 MHz带宽内，SFDR为80 dBc。具有高性能，低功耗，易于使用的优点。CMOS的数据和时钟输出能直接连接到现有的FPGA上，片上基准和采样保持电路为系统设计提供了灵活性，可通过SPI进行控制，标准的串行接口提供各种功能，比如数据格式修改，稳定时钟占空比，支持掉电模式和增益调整。内部集成了DDC和NCO。
在AD6655接口电路中，MCU通过SPI接口对AD6655进行寄存器配置以使其正常工作。SMA输入部分经过耦合电路后送至AD6655的差分输入端VIN+和VIN-，AD9516输出差分时钟信号送至AD6655的时钟差分输入端CLK+和CLK-，同时AD6655本身输出的差分时钟也送至FPGA的时钟输入引脚。AD6655的差分数据输出接至FPGA的I／O口。由于AD6655的SPI接口的数据线口是双向的，而MCU的SPI数据线均是单向的，故其两者之问连接必须通过一个BUFFER芯片NC7WZ07进行转换，同时起到隔离的作用，使AD6655更好地全动态范围工作。