基于FPGA的数据采集设计

程玉强 崔祺

摘 要：针对某数字电路板的功能测试需要，本文给出了一种基于FPGA的数据采集的设计，详细介绍了其工作原理及电路设计。本文设计的数据采集，具有光纤接口与网络接口，较好的完成了自动测试系统中测试需求。

关键词：FPGA 光纤接口 网络接口 自动测试

1 引言

随着印制电路板组件集成度越来越高，数字收发模块通道数越来越多，测试量越来越大，传统的测试工作量和劳动强度很大。为了减轻劳动强度，提高生产效率，一个自动测试系统是必不可少的，下图为某数字电路板测试系统结构简图：

图中数据采集板主要实现自动测试系统的测试接口与被测电路板特定接口之间的转换。根据不同的测试需要，数据采集板可以实现自动测试系统资源的配置。本文给出了一种数据采集板的设计方案，介绍了其工作原理及电路设计。

2工作原理及电路设计：

2.1 系统原理描述

该数据采集板，工作电压为+5V。主要由光纤接口和网络接口两部分组成。

在接收通道测试时，由测试计算机发出指令，经过数据采集，将指令通过光纤传输给被测电路板，电路板将采集到的信号，传输到测试计算机，计算机利用其强大的计算能力，得出接收增益、隔离度等；发射测试时，由测试计算机发出指令，数据采集将指令分别送入被测电路板与适配的程控开关，分时测量各通道的指标。

2.2主要硬件构成

1）FPGA模块选型

通过对资源及功能等因素的考虑，数据采集使用的控制芯片，选用Altera司的Stratix II GX 系列 FPGA 芯片来进行设计，Stratix II GX系列芯片包含了 4 到 20 个高速收发通道，每个收发器工作范围最低 600Mbps，最高高达6.375Gbps，串行链路总链接能力达到 127Gbps。目前已被集成到各种广泛应用中，尤其是高速串行应用中，支持多种主要协议，例如 PCI Express、CEI-6G、串行数字接口、千兆以太网和光纤通道和等

2）电源电路设计

电路板中使用了可编程逻辑器件、光纤模块、网络接口芯片等器件。需要的供电电压包括5v、3.3v、2.5v、1.2v等，为了适应系统电源供给只有5v，且能满足不同芯片的电压和电流的要求，电源电路采用LTM4616的电源芯片，在电路设计中，LTM4616 需要为FPGA提供1.2v、2.5v和3.3v电压。同时也要为光纤模块提供3.3V工作电压。LTM4616电源芯片总共需要提供4路电源，而每颗LTM4616 电源芯片只能输出2路电源，所以在设计原理图的时候就要放置两颗LTM4616芯片。

3）光纤接口

光纤模块采用国产模块型号为BW-SOM22T11M，该模块中心波长为850nm，通道可提供2.5Gbps 典型传输速率，使用3.3V电源供电。模块光发射部分发送信号（TX+和TX-）接口电平标准为LVPECL，接收信号（RX+和RX-）接口电平标准为CML。

4）网络接口

该数据采集板，采用基于SOPC（System on a Programmable Chip）技术进行网络接口设计。网络芯片采用Marvell公司的88E1111芯片，数据采集板设计的网络接口为10M/100M自适应网路。

3结束语

本文结合某数字电路板自动测试需求，给出了数据采集电路板的设计方案，解决了自动测试系统建立的瓶颈。在此基础上建立的自动测试系统，很大缩短了测试时间，提高了测试效率， 具有较高的实用价值。

参考文献：

[1]李冬芳. 数字阵列雷达收发组件自动测试技术研究与实现[J].火控雷达技术 2011.40（2） 66～71。

[2]康文軒，李斌等. 基于Nioss Ⅱ嵌入式网络接口设计[J].火控雷达技术 2007（2） 27～28。