為簡化資料擷取系統架構並打破處理速度的限制,業界推出可實現多通道同步、高速類比數位轉換器(ADC)技術的創新解決方案,例如是德科技(Keysight)新近發表的64通道個同步資料擷取系統。該系統由8個M9703A AXIe 12位元高速數位轉換器/寬頻數位接收器所組成,並安裝在一個14插槽的機箱中(圖1)。此外,是德科技與IPrium旗下的Scientific Equipment結盟,以便為衛星通訊產業領導者,建構一個可滿足多通道同步和FPGA編程需求的完整解決方案。

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圖1 這個高密度64同步多通道資料擷取系統,由8個M9703A 12位元AXIe高速數位轉換器所組成,並安裝於M9514A 14插槽AXIe機箱中,可提供獨特的相位同調性。



有兩個關鍵因素,使得此應用的多通道、多機板同步功能得以成真,包括一個分配給每個模組的共同參考時脈,可確保每個ADC通道的同步時脈;以及專用的多機板同步基礎架構,讓每個數位降頻(DDC)本地震盪器(LO)維持相位同調性。

此同步時脈功能源自於專用的時基設計,後者使用是德科技IC來分配時脈,以提供SDC取樣時脈偏差校正功能,而且額外抖動只有25fs。DDC LO的相位同調性可透過專用的FPGA進行管理與控制。此特性可讓單一模組上的所有DPU FPGA維持同步,同時還可控制所有相鄰模組的FPGA。

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圖2 M9703A AXIe數位轉換器的簡易功能區塊圖。



機板內建的FPGA可實現專屬的即時資料處理,可將資料傳輸量減到最少,並加速執行分析。為因應客戶對DDC與波束成形的專屬處理功能需求,工程師可使用Keysight U5340A FPGA開發套件(FDK)來開發專用的FPGA韌體。此系統功能需藉助機板內建FPGA的即時訊號處理功能,以及M9703A的點對點FPGA資料鏈結架構之多機板擴充能力。如此一來,工程師只需增加AXIe機箱內的M9703A模組數量,便可將64通道配置擴充到高達104個通道。

基於AXIe的解決方案

是德科技64通道資料擷取系統是由AXIe產品所組成,特別是M9703A。此理想的基礎架構讓工程師得以在多個AXIe模組上部署波束成形應用。AXIe區域匯流排點對點資料轉換功能還可協助工程師加速完成部署。AXIe時脈介面與AXIe觸發匯流排提供通道同步基礎架構,以便將AXIe CLK100參考時脈分享到每個M9703A和AXIe SYNC同步訊號。此外,藉由使用多個AXIe機箱,此系統可進行大規模的擴充,理論上可從16個通道擴充到多達104個通道。

除了這些優勢之外,基於AXIe產品的模組化解決方案極為精簡,可有效縮小整體解決方案的尺寸,以便容納更多的擷取通道。Keysight 64個多通道資料擷取系統的創新設計,可在單一機箱中裝入8個轉換器(圖3)。

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圖3 此系統功能區塊圖清楚呈現AXIe區域匯流排的附加價值,可同步8個M9703A AXIe數位轉換器,並支援FPGA之間的通訊,以部署波束成形應用。



是德科技研發專案經理Pierre-François Maistre 表示,這個系統的核心是AXIe多通道、多機板同步功能,以實現高速、多通道的資料擷取,並提供客製化即時訊號處理能力與獨特的相位同調性。根據客戶需求驗證此64通道資料擷取系統,目前正準備將通道數提高到104個。

該64通道模組系統包括:

˙八個M9703A AXIe 8通道12位元高速數位轉換器/寬頻數位接收器,可在1.6GS/s取樣率下擷取從直流到高達2GHz的訊號。 ˙一個U5340A FPGA開發套件,提供在高速數位轉換器上執行即時、客製化訊號處理演算法的開發環境。 ˙一個M9514A AXIe 14插槽機箱,提供13個儀器模組加上一個AXIe系統插槽。 ˙一個M9521A AXIe系統模組,提供所需的系統通訊與同步功能。

建立複雜的FPGA客製化設計

是德科技64通道模組化系統象徵著使用AXIe產品進行客製化應用設計的重要里程碑。IPrium設計團隊負責為終端客戶提供客製化應用。該團隊成員Danil Shendrik表示,我們的任務是部署一個64通道接收器,讓客戶能夠在直流到400MHz頻段中選擇所需的頻段,並提供50k~50MHz的頻寬。這個專案的特殊挑戰是須結合所有64通道的資料,以及精確的振幅與相位控制。M9703A寬頻數位轉換器是功能強大的解決方案,可提供多通道數位訊號處理能力。我們還結合使用U5340A FPGA開發套件,因此可在非常短的期間內,開發並部署一個複雜的客製化設計。有了M9703A數位轉換器、U5340A與IPrium DDC,我們成功打造一個64通道系統,可充分滿足客戶需求,而且性能毫不打折。(圖4)。

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圖4 此功能方塊圖顯示IPrium FPGA的客製化設計部署。



這個多通道資料擷取系統具備客製化、即時訊號處理與獨特的相位同調性,使得數位轉換器能夠有效減少並儲存資料。不僅如此,U5340A FPGA開發套件提供設計、驗證與部署IP處理演算法的完整環境,讓工程師能快速開發複雜的客製化設計。這種獨特的硬體、軟體與專業知識的結合,可全面滿足客戶在模組化系統及擴充性方面的需求。