把 FPGA 搬进软件无线电:PynqSDR HAT 让通信实验不再 “烧钱”

文章来源:OpenFPGA

当你拆开收音机,看到的是密密麻麻的电路和专用芯片;而在软件无线电的世界里,这些硬件功能都能通过代码重新定义。今天要介绍的这款神器 ——PynqSDR HAT,正试图打破 “软件无线电 = 昂贵设备” 的刻板印象,让 FPGA 级别的通信实验变得触手可及。

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一块电路板,打通从射频到算法的全链路

PynqSDR HAT 的核心设计堪称 “麻雀虽小,五脏俱全”:

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  • 射频前端:覆盖 70MHz-6GHz 的超宽频段,支持 AM、FM、蓝牙、WiFi 等常见通信制式,甚至能捕捉卫星信号。板载的 AD9361 芯片是通信领域的 “明星器件”,12 位 ADC/DAC 配合 200MHz 带宽,足以满足从入门到专业的实验需求。

  • FPGA 加速:作为树莓派 HAT 形态的扩展板,它巧妙利用了 Pynq 框架的优势 —— 用 Python 调用底层 FPGA 逻辑。这意味着你可以用几行代码控制硬件加速的信号处理模块,比如实时 FFT 变换、滤波器设计,性能比纯软件实现提升 10 倍以上。

  • 开源生态:从硬件原理图到参考代码完全开放,社区已贡献了包括 LTE 信号分析、GNSS 接收、频谱监测在内的 20 多个项目。无论是学生做课程设计,还是创客开发物联网网关,都能找到现成的参考案例。

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如今,SDR 的选择非常丰富。ZYNQ FPGA 和 AD936X 芯片的强大组合已广为人知。PYNQSDR 能够同时或单独使用这些芯片,无需单独的开发板即可进行 SDR 开发——只需将此 HAT 添加到 PYNQ-Z1 即可。

只需对 ZYNQ 和 AD936X 进行简单的设置,就可以使用 Openwifi 捕获数据包,就可以尝试使用 PYNQ 框架发送和接收 HDMI 视频。未来,PYNQSDR 或许可以与 EBAZ4205 兼容,PlutoSDR 已在该芯片上验证并正常运行。如果你是一位 FPGA 开发者,并且想涉足 SDR 领域,或者反过来,PYNQSDR 是一款极具吸引力的新产品。

特性与规格

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  • ADI公司AD9361 RF收发器

70 MHz - 6 GHz,1 RX/1 TX

带宽<200 kHz - 40 MHz(这是 PYNQ-Z1 接线的信号完整性限制;将 PYNQ-Z1 PMOD 上的 200 Ω 电阻替换为 0 Ω 可实现 56 MHz 的最大带宽)。

  • LVDS 接口通过两根短 HDMI 电缆和两个 PMOD 插头进行路由,RX 从 LVDS 到 TMDS33,TX 从 LVCMOS33 到 LVDS。

  • GPIO 控制电平从 3.3 V 转换为 1.8 V。

  • 无需外部电源。

  • PlutoSDR/Openwifi 无缝移植。

  • 尺寸:9.7 x 7.1 厘米(3.82 x 2.8 英寸)

  • 重量:80克

开源链接

GitHub

https://github.com/regymm/PYNQSDR

快速入门

https://github.com/regymm/PYNQSDR/blob/master/Quickstart.md

演示视频

https://archive.fosdem.org/2022/schedule/event/openwifipynqz1/