采集卡硬件设计
3.1 引言
采集卡的硬件设计是实现采集功能的基础，良好的硬件设计可以使采集功能更容
易实现，方便软件开发。本章基于第二章的硬件设计方案来详细介绍采集卡硬件设计。
包括载卡和子卡的芯片的选型、配置和具体电路的设计。载卡和子卡的硬件设计总体
框图如图 3.1 所示。
3.2 载卡硬件设计
3.2.1
主控芯片选型及配置电路
（ 1 ）主控芯片选型及分析
根据第二章采集卡硬件设计分析结果，控制芯片需满足以下条件：
芯片包含高速 GTX 接口，不少于 12 对，其中光纤 4 对， PCIE8 对；
片内具有足够的 BRAM 资源，用作 FIFO 接口；
芯片支持 Aurora 及 PCIE2.0 协议；
芯片具有外设接口，方便调试，可移植性好。
综合以上需求，主控芯片选择 Xlinx 公司 Zynq7000 系列 SoC ，该产品分类及 PL
部分的资源如表 3.1 所示 [23] 。
由表 3.1 可知， Zynq-7135 以下的产品能满足本采集卡的设计条件，通过对比分
析，选择 Zynq-7100 系列型号为 XC7Z100FFG900-2 的芯片，该芯片内部包含以双
ARM Cortex-A9 为核心的 PS 部分和以 Xilinx Kintex7 系列 FPGA 为核心的 PL 部分。
3.3 子卡的电路设计
3.3.1
AD 子卡的电路设计
AD 子卡完成模拟信号的数字转换，并通过 FMC 接口发送至采集卡的 Zynq 芯
片。
ADC 芯片采用 TI 公司的型号为 ADC12D800 芯片，该芯片最大采样率为 1.6Gbps ，
分辨率为 12bit 。转换结果根据芯片的配置，能以 12 组差分对的形式输出，也可以分
别作为数据线并行输出。该 ADC 芯片支持两通道的数据转换，分别为 I 通道和 Q 通
道，每个通道有独立的数据线，芯片支持单边沿采样和双边沿采样，通过时钟和控制
接口来控制芯片的工作模式。
芯片的时钟和控制接口及功能如表 3.5 所示。
芯片还配有 SPI 总线接口，在 ADC 芯片工作在延伸控制模式时， SPI 接口可以
用来对 ADC 进行配置，完成偏置、校准等功能。由于本次设计没有涉及到 SPI 总线，
因此这里不在对 SPI 的配置方式和寄存器功能进行赘述。
ADC 芯片电压采用差分输入的形式，本次设计为模拟信号以交流耦合的方式进
入 ADC 芯片，模拟信号经过 SMB 射频接口后，经电路转换为两路差分信号进入 ADC
芯片。电路图如图 3.13 所示。
3.3.2
光纤子卡的电路设计
光纤子卡完成了光纤接口到 FMC 接口的转接，光纤接口采用 1761987-9 的 QSFP
接口，该接口提供 4 路高速差分接口，通常搭配光纤接口使用，接口提供了一种小型
化和高速传输的解决方案。
本次设计采用的光纤接口型号为 SR4-40G 的光纤插头，该接头提供 40Gbps 的传
输速率，传输距离可达 150m 。光纤接口需要 3.3V 供电，电源由采集卡的 FMC 接口
提供。并将 4 对高速差分线引至 FMC 接口，光纤子卡的框图如图 3.15 所示。
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