基于DAC5687的高速多通道信号模拟器设计
1 引 言
DAC5687是美国TI公司出品的一款双通道、16bit高速数模转换芯片。片内资源丰富， 具有内插、调制等多种功能。FPGA 因其属于大规模在系统可编程专用集成电路而且具有高密度、高速度、高可靠性等特点， 因此FPGA 应用于高速多通道雷达信号模拟器可大大提高系统设计的灵活性和系统的扩展性。
本文设计的高速多通道信号模拟器系统可广泛应用于通信、雷达信号的模拟产生， 为雷达设备， 特别是接收机设备检修提供参考信号， 分离设备故障问题， 简化设备检修过程。另外， 此高速多通道信号模拟器系统基于CPCI总线， 具用很好的工程稳定性和通用性。
2 系统概述
2. 1 系统组成
高速多通道信号模拟器采用通用CPC I底板与功能背板相结合的设计思路， 其组成如图1所示。
采用上图所示设计方法， 系统可扩展性强， 不同应用场合只需更换不同的功能背板即可。
2. 2 系统功能
对本文所设计的高速多通道雷达信号模拟器，由FPGA 控制时钟管理模块， 为四路DAC5687背板提供相参工作时钟。同时， 利用X ilinx FPGA 提供的DDS核( IP core)产生信号的样点数据， 通过高速接插件将信号样点数据传输到DAC5687背板， 在背板上实现数模转换和信号输出功能。
3 DAC5687功能背板电路设计
根据DAC5687的工作手册， 结合图1中的功能设计， 由FPGA 产生的A、B 两路信号数据分别通过两路16bit数据总线传输到DAC5687， LVPECL时钟信号可以选择与CLK1 /CLK1C 或者CLK2 /CLK2C相连接， 具体由DAC5687的时钟工作模式决定。当DAC5687工作在内部时钟模式下， 与CLK1 /CLK1C连接; 工作在外部时钟模式下， 与CLK2 /CLK2C 连接。另外， NB4N855S是一款电平转换芯片 ， 能将任何电平的信号转换成为LVDS信号， 本设计中利用这款芯片将DAC5687内部锁相环PLL产生的时钟单端信号转换成为LVDS 信号， 通过高速接插件传回通用底板， 作为外部时钟工作模式下的数据产生同步时钟。
4 单端高速数据传输线的布线及匹配问题
4. 1 单端高速数据线的阻抗计算模型
因为DAC5687芯片的两路16bit数据总线接口都是单端的， 即每bit都只对应一根单端传输信号线， 并非是通常高速数据传输所使用的LVDS、LVPECL等差分传输信号线， 所以在印制电路板( PCB )设计时， 就必须考虑高速数据传输情况下的单端数据线布线及终端匹配问题。本设计采用微带线阻抗计算模型和表层走线规则， 以FR4印制板为例进行分析。表层走线应采用微带线模型， 如图2所示。
其中， h 是对地高度， w 是走线宽度， t是走线厚度， 单位都是in， r 是基板相对介电常数。
