ZU+RFSoC之硬件设计

作者: Fisher Yang,来源:FPGA FAE技术分享选集


为使大规模 MIMO 系统的商业化成为现实,AMD推出了采用RF 级模拟技术的全可编程(All Programmable)RFSoC,该方案在集成方面取得了突破性的进展,其将高性能 ADC 和 DAC 完美集成到了 SoC 中。通过用集成直接RF 采样技术取代分立数据转换器,RFSoC 可削减 50-75% 的功耗和封装尺寸,简化客户的硬件设计和维护,在5G、卫星通信、模拟器、测试等领域取得了广泛应用。

关于ZU+RFSoC系列的产品介绍和选型本文不做叙述,请参考官方选型手册或联系您身边的科通FAE。
ZU+RFSoC,可以理解为ZU+MPSoC芯片内部增加了一个RFDC(ADC+DAC)模块。 而且这个RFDC模块相独立,使用的时候可以和PL连接。关于RFSoC的硬件设计,ARM+PL资源这块参考其他ZU+MPSoC的设计,RFDC这部分硬件设计,只需要额外增加RFDC的电源和时钟设计即可。
一、ZU+ RFSoC RFDC电源设计

RFDC这部分一共有5种电源:

A. ADC_AVCC

B. ADC_AVCCAUX

C. DAC_AVCC

D. DAC_AVCCAUX

E. DAC_AVTT

前两种和ADC有关,后3种和DAC有关。硬件设计需要注意如下3个事项:

1. 电流大小:这几种电源的电流大小,可以使用XPE工具评估。 在AMD网站搜索XPE,下载对应的Excel表格填写ADC和DAC的数量,频率等,EXCEL表格会给出每种电源的电流。额外再留一些余量即可。

2. 电源质量:DS926文档上面标注了这几种电源的最大最小值,从要求来说,在文档指定的范围即可。例如ZCU208,这几路电源就直接用DC-DC搭建。实际测试中,这几个电源对性能的影响非常大。所以如果对电源设计不太放心,就用LDO供电即可,如果LDO可以选择low noise、high PSRR的LDO,那就更好了。

3. 上电顺序:DS926讲述了这几个电源的上电顺序要求,这里贴图说明。

  00.JPG 上电顺序总体也没什么复杂要求,DAC的3种没有要求,ADC的2种有先后顺序。

二、ZU+ RFSoC RFDC时钟设计
ADC和DAC,都有输入工作时钟,时钟既可以是参考时钟,也可以是直采时钟。 假设ADC是5G,那么时钟可以是250Mhz、500Mhz等众多时钟,ADC内部倍频到5G;也可以直接输入5G直采时钟,ADC内部bypass掉PLL,直接使用这个时钟。

01.png

此外,还有SYSREF时钟,这是一个低频时钟,用于同步,DS926有对这个时钟的要求。

02.png

三、快速测试RFSoC

AMD提供的RF Analyzer工具提供了一种简单的方法来快速配置和调试官方评估板或任何定制电路板上Zynq UltraScale+ RFSoC设备中的RF Data Converters。RF Analyzer是Zynq Ultrascale+ RFSoC系列的专用调试工具,此工具独立于电路板,使用简单的GUI启用调试功能,可与电路板一起使用。用户可以生成包含RFDC IP的定制RF Analyzer设计(具有特定设置)或使用预构建的RF Analyzer比特流,JTAG接口用于在主机和包含RF Analyzer设计的Zynq Ultrascale+ RFSoC之间建立通信,与电路板实现RFDC IP示例设计无缝交互。
RF Analyzer测试步骤如下:

1. 官网下载并安装与Vivado版本对应的RF Analyzer版本;

2. 板子上电后,连上JTAG,双击安装好的RF Analyzer图标,设置Vivado路径并启动GUI。然后在接下来的GUI上点击Connect,然后选择RF Analyzer安装目录中提供的预建的比特流,它们位于安装目录RF_Analyzer\Protocol\RFAnalyzer\bitstreams,也可以选择自己建的Vivado工程生成比特流,点击Download Bitstream;

03.JPG

3. Download Bitstream之后,然后点击Select Target,RF Analyzer将读取RFDC IP配置,当设备配置读取完成后,将看到类似以下的界面;注意外部参考时钟应存在,并且其频率应与RFDC IP配置所需的频率相匹配。否则,ADC和DAC Tile可能无法完全启动和运行。

04.JPG

4. 单击ADC Tile 0-3或者DAC Tile 0-3,右侧将显示所选的Tile信息;

05.JPG

5. DAC信号的生成:

      A. 双击DAC Tile 0;

      B. 然后再双击DAC通道0;

06.JPG

   C. 单击Generate即可由DAC 0生成信号。

07.JPG

 6. ADC信号的采集:

      A. 双击ADC Tile 0;

      B. 然后再双击ADC通道0;

08.JPG

   C. 板子上将DAC0和ADC0使用SMA线环回,单击Acquire即可查看从DAC Tile 0_DAC 0的环回信号。减少由于采样不连贯性造成的频谱失真,可在界面上选择Hanning窗。

09.JPG7. RF Analyzer还可配置ADC参数、DAC参数、时钟参数等,大家可以实际上板测试一下,这里不再一一介绍。

如果您对RFSoC系列有需求或者有疑问,欢迎联系:

simonyang@comtech.cn

charlesxu@comtech.cn

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