FMC-ADA学习笔记之DAC配置及应用

wuxingxing

FMC-ADA464是威视锐公司推出的一款基于xilinx标准FMC低密度连接器的ad-da扩展板，适合作为高速数据采集或软件无线电研究开发领域，可以配合所有支持xilinx标准3.3V接口/2.5V标准的FMC-LPC主板进行使用。由于ADC芯片的不同而分为了两个版本，LTM9002和ADS62P44。笔者手上的FMC是ADS63P44（AD转换）、AD9777(DA转换）版本的，新鲜出炉的是DA转换的应用。
在使用之前，看一下FMC-ADA单板都有哪里硬件配置吧。FMC-ADA464从数据转换类别上分为AD转换和DA转换两个部分；从功能上划分，可以分为三个部分：五个BNC接口（两路AD模拟信号输入、两路DA模拟输出、一路外部时钟输入）、信号转换处理、FMC接口数据输入输出（ FPGA）。
FMC-ADA主要芯片：
AD转换的芯片使用的是TI公司的ADS62P44芯片，最大可达125MSPS采样速率，14位分辨率；
DA转换芯片采用的是AD公司的AD9777芯片，16位分辨率，160MSPS400MSPS 输入输出数据速率。
AD和DA芯片高采样率和高分辨率在同类单板中算是“佼佼者"了。

FMC-ADA扩展板

FMC-ADA扩展板可以搭配威视锐公司近期推出的基于Zynq-7000的Zing开发平台使用，爱板网之前已对Zing系列开发平台做了评测，FMC-ADA+Zing组合属于“强强联合”。
FMC-ADA不只局限在威视锐自己的开发平台，其FMC的接口可以用于其他具有FMC接口的开发板。由于最近在捣腾zedboard，刚好配有FMC接口，于是就有了zedboard+FMC-ADA的“红绿配”，额外还可以验证FMC-ADA扩展板的通用性，“一举两得”。

Zedboard与FMC连接图

上电之后，FMC的LED灯亮起，表示FMC能正常上电。整个单板仅有这一个指示灯啊，使用起来一眼黑啊。配置芯片以及数据输出或是波形输出没有任何标志，只能靠最后的测量。如果在配置完芯片后，可以亮起一个LED灯指示，就相当完美了，当然这是牢骚之类的后话了。
如上面所说，本例只是针对DA转换的应用，首先建立ISE工程，这里就不在一一展现了，有FPGA开发基础的同学自然不在话下，不懂的同学可以到爱板网搜索参照有关FPGA单板的评测。ISE工程的verilog编程分为三个部分：SPI传输、AD9777寄存器配置、数据输出。
AD9777内部的寄存器用于芯片的初始化配置，通过SPI总线接口进行数据传输。SPI总线结构简单方便，只需要4根线就可以搞定，SPI_CLK、SPI_CSB、SPI_SDIO。
FPGA输出一个控制信号，确定初始化哪个芯片。

LPC_RESET为0时，配置AD芯片；LPC_RESET为1时，即为配置DA芯片，这里直接输出高电平：assign lpc_reset = 1'b1
在配置AD9777芯片时，需要注意的是SPI_CLK的最大频率为15MHz，SPI_SDIO的写入在时钟的上升沿完成。

AD9777 SPI时序图

SPI的数据传输包括两个部分，指令字节和数据传输字节：
R/W：数据读写指令，0为写指令，1为读指令I6(n)、I5(n)：数据传输周期传送的字节数I4..I1：简单点说就是要写入的寄存器地址D7..D0：写入相关寄存器的数据SPI数据传输通过状态机实现：

AD9777的寄存器参数的配置是在相当曲折的过程中完成了，尝试了几次才有成果，详细的寄存器的配置说明请参照附件的AD9777芯片的datasheet。下面是相关的寄存器参数，仅做参考。

在寄存器配置完成后，16位数据通过并行接口从FPGA传入到芯片AD9777，就可以完成数字到模拟的转换了。
通过ISE自带的DDS核可以生成正弦或余弦波，但是为了尽早见到成果，本例中为16位数据配置为一个简单的12.5MHz方波:
assign ad_out = sclk?16'h7fff:0  //sclk=12.5MHz
16位数据的大小决定了转换波形的峰值。
完成verilog编程后，还要对引脚进行配置，FMC-ADA的引脚要与zedboard的引脚一一对应。为了方便大家，详细的verilog代码已呈上：
user_logic
最后将编译好的bit文件download到FPGA中，最后可以看到设置为7fff的波形：

可以看到波形的峰峰值为-100mv到100mv。当再增大数据时，峰值居然没有变化。在datasheet中可以看到：

输出电压的最大可以到1.25V，至于为什么到100mv之后不再增加了，现正在进一步研究，请继续关注。但是不管怎么说，有波形输出了，说明DA已经能够正常工作了。
小结：
FMC-ADA是一款功能强大的集合了AD和DA的高速数据采集应用板，夸张点说我们的DA应用只是FMC-ADA的”冰山一角“，算是一个抛砖引玉的作用，更多的功能等待大家去应用实现。
相关链接：
1、AD9777datasheet
2、Zedboard评测
3、Zing RDK评测