基于PXI总线接口的高速数字化仪模块设计实现方法概述

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。

基于PXI总线接口的高速数字化仪模块设计实现方法概述

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。