隨著 FPGA 在數(shù)字通信設(shè)計(jì)領(lǐng)域(蜂窩基站、衛(wèi)星通信和雷達(dá))的高性能信號(hào)處理電路中成為可行的選擇,分析和調(diào)試工具必須包括能幫助您在最短時(shí)間內(nèi)得到電路最佳性能的新技術(shù)。

雖然現(xiàn)在已經(jīng)有多種連接仿真與射頻模擬信號(hào)的信號(hào)分析工具,但重要的是要能夠測(cè)量 FPGA 子電路中的信號(hào)質(zhì)量[譜圖、I-Q 星座圖、誤差矢量幅度(EVM)]。將安捷倫(Agilent)的 89601A 矢量信號(hào)分析(VSA)軟件與邏輯分析儀產(chǎn)品(1680、1690 和 16900 家族)連接構(gòu)成數(shù)字 VSA 工具。當(dāng)這一工具與Xilinx ChipScope Pro 及 Agilent 跟蹤內(nèi)核一起使用時(shí),就能快速和容易地對(duì) FPGA 設(shè)計(jì)中的任何地方進(jìn)行信號(hào)分析。

我們將在本文中說明這一組合工具是如何工作的 , 以及如何幫助您從 基于Xilinx DSP的電路獲取最多。

數(shù)字 VSA

VSA 用基于快速傅立葉變換(FFT)的數(shù)據(jù)處理提供時(shí)域和頻域顯示及測(cè)量組合。圖 1 是典型的 VSA 顯示,其主要內(nèi)容包括 I-Q 星座圖(左上)、幅度譜(左下)、誤差矢量(右上)和測(cè)量結(jié)果(右下)。在測(cè)量結(jié)果部分顯示 EVM,該值是調(diào)制信號(hào)質(zhì)量的主要指示器。

通過從捕獲數(shù)據(jù)中抽取 I-Q 符號(hào)計(jì)算EVM;符號(hào)是由 QPSK、QAM 或其它調(diào)制方案定義星座圖中的網(wǎng)格點(diǎn)。在抽取被測(cè)信號(hào)后,即可使用符號(hào)序列建立被稱為“參考”信號(hào)的理想(理論上完美)信號(hào)。把各被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)比較,差值稱為誤差矢量(誤差包含 I 和 Q,或幅度和相位成份)。組合各次捕獲的誤差矢量,即完成一次 EVM 測(cè)量。

雖然這一分析軟件的最初目的是用于分析模擬射頻信號(hào),但它是在獨(dú)立于硬件的基于 PC的軟件包中完成的開發(fā)。由于 Agilent 邏輯分析儀也是基于 PC的,因此把 VSA 軟件擴(kuò)展至連接邏輯分析儀是很容易的。

數(shù)字基帶和 IF 信號(hào)是模擬信號(hào)的表述形式。與其用儀器通過把信號(hào)數(shù)字化執(zhí)行 FFT 分析(如射頻信號(hào)分析儀),還不如從一開始就使用數(shù)字信號(hào)。這些模擬信號(hào)的數(shù)字版本可在邏輯分析儀中以圖形風(fēng)格的波形顯示,這很像是示波器的顯示(如 圖 2 所示)。

正如您所看到的,當(dāng)對(duì)總線同步采樣,并且采樣率符合Nyquist 要求時(shí),邏輯分析儀就能捕獲到“剛逝”或“即至”模擬信號(hào)的足夠精確版本。

FPGA 動(dòng)態(tài)探頭

當(dāng) FPGA 動(dòng)態(tài)探頭與ChipScope Pro 分析儀一道工作時(shí),即可訪問 DSP 設(shè)計(jì)的任何部分,并且不需要重編譯。經(jīng)簡(jiǎn)化的數(shù)字無線電發(fā)送器設(shè)計(jì)被接到 Agilent 跟蹤內(nèi)核(ATC2),該內(nèi)核是一個(gè)開關(guān) MUX,它通過ChipScope Pro 內(nèi)核插入器融入設(shè)計(jì)中。在內(nèi)核插入期間,您可選擇連接至跟蹤內(nèi)核的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),以及將用于接至 MUX 輸出的物理焊盤。這些焊盤再通過電路板的走線接到邏輯分析儀探頭。

邏輯分析儀通過 JTAG 控制 FPGA(下載位圖文件和選擇線排)。在您選擇新線排時(shí),邏輯分析儀自動(dòng)重配置自身,以符合現(xiàn)在連接至探頭的網(wǎng)名。