FPGA實現(xiàn)AD9361數(shù)據(jù)接口邏輯

1 引言

??

本文通過以高速AD9361芯片為例進行數(shù)據(jù)接口邏輯代碼的編寫，利用SelectIO IP快速高效完成芯片驅(qū)動的生成。

2 AD9361

2.1 芯片簡介

??AD9361是一款面向3G和4G基站應(yīng)用的高性能、高集成度的射頻(RF)Agile Transceiver捷變收發(fā)器。該器件的可編程性和寬帶能力使其成為多種收發(fā)器應(yīng)用的理想選擇。該器件集RF前端與靈活的混合信號基帶部分為一體，集成頻率合成器，為處理器提供可配置數(shù)字接口，從而簡化設(shè)計導(dǎo)入。AD9361接收器LO工作頻率范圍為70 MHz至6.0 GHz，發(fā)射器LO工作頻率范圍為47 MHz至6.0 GHz，涵蓋大部分特許執(zhí)照和免執(zhí)照頻段，支持的通道帶寬范圍為200 kHz以下至56 MHz，整體結(jié)構(gòu)圖如圖 1 AD9361整體結(jié)構(gòu)圖所示。

圖 1 AD9361整體結(jié)構(gòu)圖

?集成12位DAC和ADC的RF2×2收發(fā)器
? TX頻段：47MHz至6.0GHz
? RX頻段：70MHz至6.0GHz
?支持TDD和FDD操作
?可調(diào)諧通道帶寬：<200?kHz至56?MHz
??雙通道接收器：6路差分或12路單端輸入
??出色的接收器靈敏度，噪聲系數(shù)為2?dB?(800?MHz?LO)
??RX增益控制
??o?實時監(jiān)控和控制信號用于手動增益
??o?獨立的自動增益控制
??雙發(fā)射器：4路差分輸出
??高線性度寬帶發(fā)射器
? o TX EVM：≤?40?dB
? o TX噪聲：≤?157?dBm/Hz本底噪聲
? o TX監(jiān)控器：動態(tài)范圍≥66?dB，精度=1?dB
??集成式小數(shù)N分頻頻率合成器
??2.4?Hz最大本振(LO)步長
??多器件同步
??CMOS/LVDS數(shù)字接口

2.2 參數(shù)配置

??用戶可以根據(jù)自己的需求將數(shù)據(jù)接口通過SPI配置成LVDS或CMOS接口，也可以還可以選擇FDD或TDD工作方式，以及數(shù)據(jù)速率可以選擇SDR或DDR。只需要通過配置軟件設(shè)置即可，如圖 2 AD9361數(shù)據(jù)接口配置參數(shù)所示，詳細的配置教程見AD936x Evaluation Software 詳細配置。

圖 2 AD9361數(shù)據(jù)接口配置參數(shù)

??在進行數(shù)據(jù)驗證時，也可以使用測試模式，對收發(fā)數(shù)據(jù)進行驗證以保證系統(tǒng)的正確性。另外，還可以對輸入時鐘進行延時調(diào)節(jié)或者通過SelectIO的delay、delayctrl功能對時鐘信號進行微調(diào)，以滿足時序要求。芯片數(shù)據(jù)時鐘與數(shù)據(jù)之間的時序可靠性也可以通過芯片內(nèi)部的延時寄存器0x006、0x007進行條件，以此達到要求，具體的SPI配置寄存器時序如圖 3 AD9361 寄存器配置接口SPI時序所示。此方面不是本文重點，不做展開，更多內(nèi)容參考官方data sheet。

圖 3 AD9361 寄存器配置接口SPI時序

??本小節(jié)使用的數(shù)據(jù)接口參數(shù)：LVDS、FDD、DDR，對應(yīng)的時序邏輯也是根據(jù)該參數(shù)進行設(shè)計。

2.3 引腳

RX數(shù)據(jù)時序接口如下：

TX數(shù)據(jù)時序接口如下：

2.4 接口時序

??以下使用的數(shù)據(jù)接口參數(shù)：LVDS、FDD、DDR，根據(jù)不同的通道數(shù)可以得到不同的數(shù)據(jù)時序，用戶在解析數(shù)據(jù)時只要按照對應(yīng)的結(jié)構(gòu)進行拼接即可。

圖 4 AD9361接收數(shù)據(jù)路徑 圖 5 AD9361發(fā)射接口路徑

3 參考代碼

3.1 SelectIO配置

??根據(jù)以上對AD9361的了解，就可以輕松的配置SelectIO IP的GUI界面了。芯片既包括發(fā)射模塊TX又包括接收模塊RX，所以IO類型選擇chip to chip。

圖 6 SelectIO配置界面1

??根據(jù)上述參數(shù)配置部分，自然就選擇DDR。數(shù)據(jù)接口包括時鐘CLK、Frame對齊信號與差分數(shù)據(jù)端Data[05:0]，要同時對Frame與Data信號進行時序解析，所以端口寬度設(shè)置為7.

圖 7 SelectIO配置界面2

??由于芯片內(nèi)部寄存器0x006、0x007可以確保時鐘與數(shù)據(jù)滿足時序要求，所以不需要延時模塊，以節(jié)約FPGA邏輯資源。

3.2 數(shù)據(jù)解析

//-------------------------------------------------------------------
//用于將接收時鐘與數(shù)據(jù)進行單端與差分的變換
//-------------------------------------------------------------------
selectio_ipu_selectio_ip(
//Fromthesystemintothedevice
.DATA_IN_FROM_PINS_P(ad_rx_data_in_p),
//從AD接收端接收到的單端數(shù)據(jù)與標志
.DATA_IN_FROM_PINS_N(ad_rx_data_in_n),
//從AD接收端接收到的單端數(shù)據(jù)與標志
.DATA_IN_TO_DEVICE(ad_rx_data),
//將AD接收端接收到的數(shù)據(jù)與標志轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)
//Fromthedeviceouttothesystem
.DATA_OUT_FROM_DEVICE(ad_tx_data),
//將要發(fā)送的DA數(shù)據(jù)與標志轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)
.DATA_OUT_TO_PINS_P(ad_tx_data_out_p),
//發(fā)送端的單端DA數(shù)據(jù)與標志
.DATA_OUT_TO_PINS_N(ad_tx_data_out_n),
//發(fā)送端的單端DA數(shù)據(jù)與標志
.CLK_TO_PINS_P(ad_fb_clk_p),
//將AD接收端的輸入時鐘用于發(fā)射時鐘
.CLK_TO_PINS_N(ad_fb_clk_n),
//將AD接收端的輸入時鐘用于發(fā)射時鐘
.CLK_IN_P(ad_data_clk_p),
//AD接收端的單端輸入時鐘
.CLK_IN_N(ad_data_clk_n),
//AD接收端的單端輸入時鐘
.CLK_OUT(ad9361_data_clk),
//將AD接收端的差分輸入時鐘轉(zhuǎn)變?yōu)閱味藭r鐘
.CLK_RESET(reset),
//用于AD輸入時鐘的復(fù)位,高有效
.IO_RESET(reset)
//用于單端、差分變換的復(fù)位,高有效
);

//-------------------------------------------------------------------
//發(fā)送數(shù)據(jù)的生成
//-------------------------------------------------------------------
assignad_tx0_msb_q=ad_tx0_data[23:18];
assignad_tx0_lsb_q=ad_tx0_data[17:12];
assignad_tx0_msb_i=ad_tx0_data[11:06];
assignad_tx0_lsb_i=ad_tx0_data[05:00];
assignad_tx1_msb_q=ad_tx1_data[23:18];
assignad_tx1_lsb_q=ad_tx1_data[17:12];
assignad_tx1_msb_i=ad_tx1_data[11:06];
assignad_tx1_lsb_i=ad_tx1_data[05:00];

reg[13:0]ad_tx_data;

//-------------------------------------------------------------------
//選擇要發(fā)送的I與Q數(shù)據(jù)
//-------------------------------------------------------------------
always@(posedgead9361_data_clkorposedgereset)begin
if(reset)
ad_tx_data<=0;
??else?if((ad_tx_frame_reg==0)&&(ad_tx_frame==1))
???ad_tx_data<={ad_tx_frame,ad_tx0_msb_q,ad_tx_frame,ad_tx0_msb_i};
??else?if((ad_tx_frame_reg==1)&&(ad_tx_frame==1))
???ad_tx_data<={ad_tx_frame,ad_tx0_lsb_q,ad_tx_frame,ad_tx0_lsb_i};
??else?if((ad_tx_frame_reg==1)&&(ad_tx_frame==0))
???ad_tx_data<={ad_tx_frame,ad_tx1_msb_q,ad_tx_frame,ad_tx1_msb_i};
??else?if((ad_tx_frame_reg==0)&&(ad_tx_frame==0))
???ad_tx_data<={ad_tx_frame,ad_tx1_lsb_q,ad_tx_frame,ad_tx1_lsb_i};??
?end?

//-------------------------------------------------------------------
//選擇接收的I與Q數(shù)據(jù)
//-------------------------------------------------------------------
?always?@(posedge?ad9361_data_clk?or?posedge?reset)?begin
??if(reset)?begin
???ad_rx0_msb_i<=0;
???ad_rx0_msb_q<=0;
???ad_rx0_lsb_i<=0;
???ad_rx0_lsb_q<=0;
???ad_rx1_msb_i<=0;
???ad_rx1_msb_q<=0;
???ad_rx1_lsb_i<=0;
???ad_rx1_lsb_q<=0;???
??end
??else?if((ad_rx_frame_reg==0)&&(ad_rx_frame==1))?begin
???ad_rx0_msb_i<=ad_rx_data[05:0];
???ad_rx0_msb_q<=ad_rx_data[12:7];
??end
??else?if((ad_rx_frame_reg==1)&&(ad_rx_frame==1))?begin
???ad_rx0_lsb_i<=ad_rx_data[05:0];
???ad_rx0_lsb_q<=ad_rx_data[12:7];
??end
??else?if((ad_rx_frame_reg==1)&&(ad_rx_frame==0))?begin
???ad_rx1_msb_i<=ad_rx_data[05:0];
???ad_rx1_msb_q<=ad_rx_data[12:7];
??end
??else?if((ad_rx_frame_reg==0)&&(ad_rx_frame==0))?begin
???ad_rx1_lsb_i<=ad_rx_data[05:0];
???ad_rx1_lsb_q<=ad_rx_data[12:7];
??end?
?end
?
?wire?[23:0]??ad_rx0_fifo_data;
?wire?[23:0]??ad_rx1_fifo_data;
?assign?ad_rx0_fifo_data={ad_rx0_msb_q,ad_rx0_lsb_q,ad_rx0_msb_i,ad_rx0_lsb_i};
?assign?ad_rx1_fifo_data={ad_rx1_msb_q,ad_rx1_lsb_q,ad_rx1_msb_i,ad_rx1_lsb_i};

原文標題：FPGA實現(xiàn)AD9361數(shù)據(jù)接口邏輯

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