频谱分析仪中的 Spartan-6 FPGA

作者:蒙面侠客

频谱分析仪是一种测试测量设备,主要用于射频和微波信号的频域分析,包括测量信号的功率,频率,失真等。它的性能主要是从实时带宽,动态范围,灵敏度和功率测量准确度等四个方面来评价。那么这么高的性能需要什么样的电路才能完成呢?我们已经迫不及待的想要拆开一台频谱分析仪来一探究竟啦!

我们找来了Siglent公司的SSA3032X频谱分析仪,如图.1所示,经过一番的拆解我们得到了如图.2所示的电路板。从图.2我们可以知道图.1所示的光谱仪的内在部件,其中就有Xilinx公司的Spartan-6 LX45 FPGA,根据FPGA在板子之中的位置我们可以知道,FPGA是用来实时控制SA的模拟信号片段,并且进行模数转换,进行仪器的图像处理和2014*600像素的LCD控制,显示和处理仪器的前表盘的控制面板功能选项。总的来说,FPGA作为频谱分析仪的实时控制器,和板上TI Sitara公司的微处理器一同工作,其中微处理器是基于ARM Cortex-A8 IP核的微处理器。这两个硬件芯片支持了频谱分析仪能够处理从9KHz到3.2GHz的信号,在10kHz的抵消相位噪声下显示的平均噪声水平在-161dBm/Hz,整体的放大精度小于0.7dB,1Hz的最小分辨率带宽。(图.1 Siglent SSA3032X 9KHz-3.2GHz 频谱分析仪和信号跟踪发生器)

图.2 Siglent SSA3032型号内有Xilinx Spartan-6 FPGA进行实时的控制

图.2 Siglent SSA3032型号内有Xilinx Spartan-6 FPGA进行实时的控制

打破沙锅问到底!为什么Spartan-6 FPGA能够完美胜任这么多的功能呢?原来这款FPGA支持较多种的接口协议,有着较低的逻辑到引脚比率,较小的封装,内部还有MicroBlaze™ 软核处理器,支持800Mb/s的DDR3内存,支持多种I/O协议(支持超过40种的I/O协议标准),支持8个低功耗的3.2G/s的串行传输,提供1.2V核电压和1.0V核电压的选择,bibernate省电模式下能实现零功耗,采用45nm的工艺,能够支持Windows和Linux下的ISE设计软件包,能够让用户使用Xilinx集成的开发环境实现快速的设计。另外,不仅在频谱分析仪中,此款FPGA在全高清智能数字标识,工业互联网,车联网,高分辨率的视频和图像处理等方面也得到了广泛的应用,在很多的高性能设备中都能见到它的身影。

频谱分析仪的性能主要是从实时带宽,动态范围,灵敏度和功率测量准确度等几个方面来来体现,对快速变化的数据进行采集和处理需要FPGA和微处理器的搭配。Xilinx FPGA支持丰富的接口协议,为不同种类仪器和产品的开发提供了便利,在高清视频的处理,工业互联网的网络数据处理等方面产品的开发过程中,Xilinx FPGA提供了多种高性能低功耗的器件。

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