FPGA為測試測量儀器帶來獨(dú)特性能

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    　電子行業(yè)的設(shè)計工程師，在很多應(yīng)用領(lǐng)域包括通信、國防、醫(yī)療和教育等等旅测，都在使用FPGA。在調(diào)試FPGA電路的時候呻蚪，他們可能不知道兆布，安捷倫的測量儀器本身也使用了FPGA技術(shù)，并且和FPGA供應(yīng)商在研發(fā)領(lǐng)域深入合作，甚至分享一些IP(知識產(chǎn)權(quán))佛或，雙方從測量和調(diào)試的角度積累了大量的經(jīng)驗譬功。實際的設(shè)計往往會綜合使用FPGA和ASIC（專用芯片）來達(dá)到最佳效果，安捷倫在其示波器弧跑、邏輯分析儀奋隶、脈沖源、誤碼儀等產(chǎn)品中悦荒，正是采用這樣的綜合設(shè)計唯欣。

    　世上沒有完美的儀器，其設(shè)計總是在某一方面優(yōu)化搬味、在某些方面作出妥協(xié)境氢。以基于Windows平臺的示波器為例，哪些功能通過軟件實現(xiàn)碰纬、哪些功能通過硬件實現(xiàn)产还，硬件部分是采用專用芯片還是FPGA，這些都是開發(fā)者需要考慮的問題嘀趟。本文給出兩個例子，一是中端示波器技術(shù)創(chuàng)新集大成產(chǎn)品MSO9000A的設(shè)計愈诚，另一是MIPID-PHY協(xié)議分析設(shè)計她按。

    　MSO9000A是三合一儀器，集示波器炕柔、邏輯分析酌泰、協(xié)議分析于一體，其研發(fā)團(tuán)隊在設(shè)計前經(jīng)多個回合討論触法，最終達(dá)成共識漂烂。其中重要的兩點是：1.示波器功能是基本核心，邏輯分析儀和協(xié)議分析儀是選件展稼，每當(dāng)有新的協(xié)議技術(shù)出現(xiàn)束多，該儀器必須可以升級以支持新的標(biāo)準(zhǔn)；2.協(xié)議觸發(fā)必須實現(xiàn)實時性俩堡，保證不漏失信號拳股。
　
  　  要實現(xiàn)協(xié)議觸發(fā)的實時性，是決不可以用Windows甚至Linux軟件來實現(xiàn)的氏诽，同時又要求產(chǎn)品支持不同的協(xié)議種類事匈。因此，MSO9000A設(shè)計者在示波器的前端輸入電路和觸發(fā)電路之間加入了一個FPGA芯片壳凳，對串行總線提供實時時鐘恢復(fù)址敢，并檢測串行數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，將串行數(shù)據(jù)包內(nèi)容饋送到示波器的觸發(fā)電路，從而使得示波器可基于串行總線協(xié)議實現(xiàn)硬件觸發(fā)挥闸，將來新的協(xié)議出現(xiàn)時训措，也可以通過升級來支持。用戶設(shè)置特定的協(xié)議觸發(fā)條件虑啤，MSO9000示波器通過硬件來確定何時進(jìn)行觸發(fā)隙弛，并執(zhí)行重復(fù)測量或單次測量。

   　圖中給出了該設(shè)計的照片狞山，該產(chǎn)品采用20層電路板結(jié)構(gòu)全闷，用了27個專用芯片，3個FPGA萍启，集成到一個采集板中总珠，然后垂直放置(注意不是水平放置)于15英寸顯示屏后面，最終的MSO9000A產(chǎn)品很薄勘纯，集外觀美觀局服、靈活、多功能特點于一體驳遵。

    　圖2給出MIPI-DPHY協(xié)議分析的N4851A硬件電路照片淫奔，該電路的作用是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換中心，圖中的FPGA是核心部分堤结，N4851A中的FPGA負(fù)責(zé)捕獲和處理MIPID-PHY串行數(shù)據(jù)斜擎，然后再轉(zhuǎn)換成多路低速并行數(shù)據(jù)傳送給邏輯分析儀。該FPGA能捕獲和處理的數(shù)據(jù)速率高達(dá)800Mbps肢阿，而N4861A中的FPGA則負(fù)責(zé)將來自邏輯分析儀的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高速串行MIPID-PHYCSI/DSI信號宿闯。

    　FPGA在測量儀器，尤其是高性能儀器中的應(yīng)用甸赏，越來越受到重視危厕。要想讓測量儀器具有獨(dú)特之處，模擬電路部分固然重要藏崇，但在有些方面FPGA的應(yīng)用可能會成為決定產(chǎn)品是否能為用戶接受的關(guān)鍵稻扔。安捷倫已經(jīng)在一些方面做出示范，由此可以看出FPGA在行業(yè)的應(yīng)用趨勢在如下幾個方面短揉。1.復(fù)雜觸發(fā)電路的實現(xiàn)：如串行信號協(xié)議觸發(fā)熊骆、頻域觸發(fā)等，先鋒產(chǎn)品如MSO9000A的協(xié)議觸發(fā)丽阎；2.深存儲數(shù)據(jù)的處理：儀器的存儲深度越來越深是必然趨勢纳倚，用FPGA處理可兼顧實時性和可程控性，先鋒產(chǎn)品如DSA90000A的深存儲專用加速處理芯片谴垫；3.復(fù)雜運(yùn)算的處理：均衡和去嵌入等技術(shù)在5Gbps及更快的信號測試是必然要考慮的數(shù)字處理技術(shù)章母。因其運(yùn)算量大母蛛，必然影響儀器響應(yīng)速度，適合用FPGA來處理乳怎，先鋒產(chǎn)品如DSA90000A的N5465A和N5461A彩郊。

    　和其他器件一樣，能否用好FPGA蚪缀，往往取決于使用者對所用的FPGA芯片有多深入的了解秫逝。“我雖然對FPGA本身和我自身專業(yè)很熟悉询枚，但公司多年和FPGA供應(yīng)商研發(fā)部門合作违帆，分享一些內(nèi)部IP，極大地提高了我的開發(fā)效率金蜀∷⒑螅”負(fù)責(zé)MSO9000A的FPGA部分的開發(fā)工程師MikeBeyers說，“我在調(diào)試過程中使用的ATC是我們使用FPGA的團(tuán)隊自己開發(fā)渊抄，經(jīng)多年和FPGA供應(yīng)商一起反復(fù)優(yōu)化的尝胆，該ATC和整個FPGA調(diào)試方案，我們也對其他使用FPGA的公司開放禁妓』房牵”

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