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XCM-020デモ回路 簡易FFTアナライザの実験
2011/06/03-
 当社のSpartan-6 LXT搭載FPGAボードXCM-020(GTP Transceiver, RocketIO搭載)にリニアテクノロジ社のLTC2274評価キットを接続して、ファンクションシンセサイザからの出力をFFT解析してみました。解析結果をグラフィックLCDモジュールに出力しています。

 こんなこともできるという例としてどうぞご覧下さい。
(画像はそれぞれクリックして拡大できます)

・2012/04/06 : UTL-016を使用した写真を掲載しました
・2011/06/03 : 公開
 ALTERA Cyclone IV GX (ACM-024)での同様の実験はこちらをご覧下さい。
◆部品構成
LTC2274評価キットを使用
UTL-016を使用
使用機器
Spartan-6 LXT FPGAボード XCM-020 ヒューマンデータ
SIF40 to SMA 変換基板 ACC-010 ヒューマンデータ
A/D変換基板 LTC2274評価キット リニアテクノロジ
UTL-016で動作致します ヒューマンデータ
マルチファンクションシンセサイザ(SG) WF1965 エヌエフ回路設計ブロック
TFT LCDモジュール NHD-5.7-3202 40WFB-CTXI DigiKeyで購入可能
ダウンロードケーブル XUP-USB-JTAG Digilent
◆システム構成

構成図は下図のようになります

 信号発生器(SG)かからの出力をLTC2274でA/D変換し、8B10B変換されたシリアルデータをXCM-020にて受信しています。

◆サンプリング周波数、データレートの決定

Spartan-6のGTP Transceiverの制限から、ACM-024デモと同じ2.0Gbpsのデータレートが使用できません


(Xilinxユーザガイド UG386より抜粋)

・LTC2274の最大サンプリング周波数「105MHz」
・GTPで設定可能なレート(1.2288 〜 1.62Gbps)
の両方を満足し、かつできるだけ高速に動作する周波数ということで、今回は78.125MHzを採用しています。
LTC2274から送られてくるシリアルデータレートは1.5625Gbpsとなります。

◆FPGA内部構造

FPGA内部回路のブロック図は下記のようになります。青色部分がXILINX社提供部分で、白部分が新規作成部分です。


 GTPにてLTC2274からのシリアル信号を受け、後段のbytealignerにて受信処理を行っています。
FFT解析前にデータ処理(窓関数)をおこなっており、解析出力データをスペクトル変換しています。FFT処理にはXilinxのFFT-IPを使用しています。データをLCDに表示するために、Microblaze PLBバスから取り込めるよう、取り込み用ペリフェラルを設置しています。

 LCDの描画はMicroblazeプロセッサで行っています。制御信号処理を全てソフトウェアで行うと処理数が増えますので、ポートの処理をハードウェア化しています(LCD_IOペリフェラル)。
◆出力画像
 いくつか観測した波形を掲載致します。画面にはピークとなる周波数とレベルを表示するようにしました。
横軸のレンジはACM-024デモに合わせて50MHzとしています。

10MHz 正弦波


5MHz 三角波


5MHz 矩形波

◆GTP Transceiverの設定について

- 転送レート:1.5625Gbps
- リファレンスクロック:125MHz(オンボード)


- Comma Detection:K28.7 (プルダウンからは設定できないので手入力)
LTC2274のFAM(Frame Alignment Monitor)を有効にし、Syncするタイミングを増やしています

※LTC2274について
 LTC2274は、16Bit 105Msps シリアル出力 A/D変換器です。
測定データは8B10Bエンコードされたシリアルデータで出力されますので、FPGAの高速シリアルI/F(GTP Transceiver / RocketIO)と容易に接続できます。
◆文字フォントについて
文字フォントについては、こちらのフォントを活用させていただきました。(ありがとうございました
◆回路データについて
 当社では、サンプル回路などのご提供は行っておりません。あしからずご了承くださいませ。
みなさまの参考になれば幸いです。
間違いなど見つけられましたらぜひご指摘下さい。
ひとことコメント 
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