11 ADC模块FEP-DAQ422X采集显示波形方案

FEP-DAQ003- 12- 125M-2/FEP-DAQ003- 12-250M-2

ADC 芯片

AD4225/4229

采样精度

12bit

-3db 带宽

320M(前置运放带宽决定)

IO 电平

1.8V 或者 3.3V 可选

采样频率

ADS4225 0~125M

ADS4229 0~250M

模拟通道

2 个

触发 IO

2 个

输入电平

-5V~+5V

数据格式

二进制补码(~2048~+2047)

信噪比 170M(SNR)

71.4dBFS

无杂散动态范围 170M(SFDR)

88dBc

功耗 165M

332mW

占用 IO 数量

40 个 GPIO

引脚号

引脚名称

描述

PA

DAI

模拟输入通道 1

PB

DBI

模拟输入通道 2

TA

TriA

双向触发输入/输出 1

TB

TriB

双向触发输入/输出 2

SEN 脚电平

模式

0V

二进制补码和并行 CMOS 输出

0.375AVDD

偏移二进制和并行 CMOS 输出

0.625AVDD

偏移二进制和 DDR LVDS 输出

`timescale 1 ns / 1 ns

module uiads422X_parallel#

(

parameter  FAMILY    = "7SERIES",  

parameter  integer  DATA_WIDTH     = 12,

parameter  integer  DELAY_SETA     = 12,

parameter  integer  DELAY_SETB     = 12

)

(

input       I_refclk,

input       I_reset,

input       I_ad_clk,

input [DATA_WIDTH   -1 :0]I_ad_da,

input [DATA_WIDTH   -1 :0]I_ad_db,

output      [DATA_WIDTH   -1 :0]O_ad_da,

output      [DATA_WIDTH   -1 :0]O_ad_db,

output      O_ad_reset,

output      O_ad_sen,

output      O_ad_sclk,

output      O_ad_card_en

);

wire [DATA_WIDTH   -1:0] da_buf,db_buf,da_buf_delay,db_buf_delay;

wire      idelayctrl_reset_sync;

reg       idelayctrl_reset;

reg [3 :0]idelay_reset_cnt;

reg [15:0] cnt = 0;

assign    O_ad_card_en   = cnt[15];

assign    O_ad_reset = 1'b1;

assign    O_ad_sen   = 1'b0;

assign    O_ad_sclk  = 1'b0;

always @(posedge I_refclk)begin

    if(!cnt[15])

        cnt <= cnt +1'b1;

end

// Create a synchronous reset in the IDELAYCTRL refclk clock domain.

reset_sync idelayctrl_reset_gen

(

.clk              (I_refclk),

.enable           (1'b1),

.reset_in         (I_reset),

.reset_out        (idelayctrl_reset_sync)

);    

// The IDELAYCTRL must experience a pulse which is at least 50 ns in

// duration.  This is ten clock cycles of the 200MHz refclk.  Here we

// drive the reset pulse for 12 clock cycles.

always @(posedge I_refclk)begin

      if (idelayctrl_reset_sync == 1'b0) begin

         idelay_reset_cnt     <= 4'b0000;

         idelayctrl_reset     <= 1'b1;

      end

      else begin

         case (idelay_reset_cnt)

            4'b0000 : idelay_reset_cnt <= 4'b0001;

            4'b0001 : idelay_reset_cnt <= 4'b0010;

            4'b0010 : idelay_reset_cnt <= 4'b0011;

            4'b0011 : idelay_reset_cnt <= 4'b0100;

            4'b0100 : idelay_reset_cnt <= 4'b0101;

            4'b0101 : idelay_reset_cnt <= 4'b0110;

            4'b0110 : idelay_reset_cnt <= 4'b0111;

            4'b0111 : idelay_reset_cnt <= 4'b1000;

            4'b1000 : idelay_reset_cnt <= 4'b1001;

            4'b1001 : idelay_reset_cnt <= 4'b1010;

            4'b1010 : idelay_reset_cnt <= 4'b1011;

            4'b1011 : idelay_reset_cnt <= 4'b1100;

            default : idelay_reset_cnt <= 4'b1100;

         endcase

         if (idelay_reset_cnt == 4'b1100) begin

            idelayctrl_reset  <= 1'b0;

         end

         else begin

            idelayctrl_reset  <= 1'b1;

         end

      end

end

genvar i;

generate

for (i = 0 ; i < DATA_WIDTH ; i = i+1) begin : DAQ_DATA

IBUF #(

.IBUF_LOW_PWR("TRUE"),  // Low power (TRUE) vs. performance (FALSE) setting for referenced I/O standards

.IOSTANDARD("DEFAULT")  // Specify the input I/O standard

)IBUF_da (

.O(da_buf[i]),     // Buffer output

.I(I_ad_da[i])      // Buffer input (connect directly to top-level port)

);

IBUF #(

.IBUF_LOW_PWR("TRUE"),  // Low power (TRUE) vs. performance (FALSE) setting for referenced I/O standards

.IOSTANDARD("DEFAULT")  // Specify the input I/O standard

)IBUF_db (

.O(db_buf[i]),     // Buffer output

.I(I_ad_db[i])      // Buffer input (connect directly to top-level port)

);

end

endgenerate

generate  if(FAMILY == "ULTRASCALE" || FAMILY == "ULTRASCALE_PLUS")begin : ULTRASCALE_FAMILY

IDELAYCTRL  #(

.SIM_DEVICE ("ULTRASCALE")

)

idelayctrl_inst(

.RDY       (idelayctrl_ready),

.REFCLK    (I_refclk),

.RST       (idelayctrl_reset)

);

    genvar k;

     for (k=0; k<DATA_WIDTH ; k=k+1)

    begin : rxdata_in_bus

    IDELAYE3 #(

    .DELAY_VALUE      (DELAY_SETA),

    .DELAY_TYPE       ("FIXED"),

    .REFCLK_FREQUENCY (300.000),

    .SIM_DEVICE       (FAMILY)

    )

    IDELAYE_A (

    .IDATAIN          (da_buf[k]),

    .DATAOUT          (da_buf_delay[k]),

    .DATAIN           (1'b0),

    .CLK              (1'b0),

    .CE               (1'b0),

    .INC              (1'b0),

    .CNTVALUEIN       (9'h0),

    .CNTVALUEOUT      (),

    .LOAD             (1'b0),

    .RST              (1'b0),

    .CASC_IN          (1'b0),

    .CASC_RETURN      (1'b0),

    .CASC_OUT         (),

    .EN_VTC           (1'b1)

    );

    IDELAYE3 #(

    .DELAY_VALUE      (DELAY_SETB),

    .DELAY_TYPE       ("FIXED"),

    .REFCLK_FREQUENCY (300.000),

    .SIM_DEVICE       (FAMILY)  

    )

    IDELAYE_B (

    .IDATAIN          (db_buf[k]),

    .DATAOUT          (db_buf_delay[k]),

    .DATAIN           (1'b0),

    .CLK              (1'b0),

    .CE               (1'b0),

    .INC              (1'b0),

    .CNTVALUEIN       (9'h0),

    .CNTVALUEOUT      (),

    .LOAD             (1'b0),

    .RST              (1'b0),

    .CASC_IN          (1'b0),

    .CASC_RETURN      (1'b0),

    .CASC_OUT         (),

    .EN_VTC           (1'b1)

    );

    end

end

else if(FAMILY == "7SERIES") begin : SERIES7_FAMILY

IDELAYCTRL  #(

.SIM_DEVICE ("7SERIES")

)

idelayctrl_inst(

.RDY       (idelayctrl_ready),

.REFCLK    (I_refclk),

.RST       (idelayctrl_reset)

);

    genvar k;

    for (k=0; k<DATA_WIDTH ; k=k+1)

    begin : rxdata_in_bus

    IDELAYE2 #(

    .HIGH_PERFORMANCE_MODE("TRUE"),

    .IDELAY_TYPE   ("FIXED"),

    .IDELAY_VALUE  (DELAY_SETA)

    )

    IDELAYE_A

    (

    .IDATAIN       (da_buf[k]),

    .DATAOUT       (da_buf_delay[k]),

    .DATAIN        (1'b0),

    .C             (1'b0),

    .CE            (1'b0),

    .INC           (1'b0),

    .CINVCTRL      (1'b0),

    .CNTVALUEIN    (5'h0),

    .CNTVALUEOUT   (),

    .LD            (1'b0),

    .LDPIPEEN      (1'b0),

    .REGRST        (1'b0)

    );

    IDELAYE2 #(

    .HIGH_PERFORMANCE_MODE("TRUE"),

    .IDELAY_TYPE   ("FIXED"),

    .IDELAY_VALUE  (DELAY_SETB)

    )

    IDELAYE_B

    (

    .IDATAIN       (db_buf[k]),

    .DATAOUT       (db_buf_delay[k]),

    .DATAIN        (1'b0),

    .C             (1'b0),

    .CE            (1'b0),

    .INC           (1'b0),

    .CINVCTRL      (1'b0),

    .CNTVALUEIN    (5'h0),

    .CNTVALUEOUT   (),

    .LD            (1'b0),

    .LDPIPEEN      (1'b0),

    .REGRST        (1'b0)

    );

    end

end

endgenerate

assign O_ad_da = da_buf_delay;

assign O_ad_db = db_buf_delay;

endmodule

/**********************AD9248 ADC采集波形显示*************************

*********************************************************************/

`timescale 1ns / 1ns//仿真时间刻度/精度

module ads422x_top

(

input           I_sysclk_p,         //系统时钟输入

output          O_ads422x_clk_p,  

output          O_ads422x_clk_n,  

input           I_ads422x_clk,

input  [11 :0]  I_ads422x_da,

input  [11 :0]  I_ads422x_db,

output          O_ads422x_reset,

output          O_ads422x_sen,

output          O_ads422x_sclk,

output          O_card_power_en,    //子卡电源使能

output          O_HDMI_CLK_P,       //HDMI时钟输出 P端

output          O_HDMI_CLK_N,       //HDMI时钟输出 N端

output [2:0]    O_HDMI_TX_P,        //HDMI数据输出 P端

output [2:0]    O_HDMI_TX_N         //HDMI数据输出 N端

);

wire pclkx1,pclkx5,ref_clk,adc_clk,locked; //MMCM/PLL时钟信号  

//ADS422X直流版需要提供差分时钟工作

OBUFDS ADC_DIFF_CLK_O_inst (

.O (O_ads422x_clk_p),     // Diff_p output (connect directly to top-level port)

.OB(O_ads422x_clk_n),     // Diff_n output (connect directly to top-level port)

.I (adc_clk)         // Buffer input

);

//例化MMCM/PLL IP

clk_wiz_1 clk_hdmi_pll_inst

(

.clk_in1 (I_sysclk_p),

.reset   (!rst_cnt[7]),

.locked  (locked),

.clk_out1(ref_clk),

.clk_out2(pclkx1),//像素时钟

.clk_out3(pclkx5),//HDMI输出5倍像素时钟

.clk_out4(adc_clk)//输出给ADC

);

wire  [11 :0]  ads422x_da;

wire  [11 :0]  ads422x_db;

uiads422X_parallel #

(

.FAMILY    ("7SERIES"),

.DATA_WIDTH(12       ),//ADC数据位宽

.DELAY_SETA(25       ),//通道A的delay延迟

.DELAY_SETB(25       ) //通道B的delay延迟

)

uiads422X_parallel_inst

(

.I_refclk  (ref_clk), //IP内部的delay模块参考时钟，7系列200M KU KU+ 300M    

.I_reset   (~locked), //IP内部复位模块

.I_ad_clk  (I_ads422x_clk),//ADC同步时钟

.I_ad_da   (I_ads422x_da), //ADC数据输入通道A

.I_ad_db   (I_ads422x_db), //ADC数据输入通道B

.O_ad_da   (ads422x_da  ), //ADC数据输入数据经过延迟模块后输出，通道A

.O_ad_db   (ads422x_db  ), //ADC数据输入数据经过延迟模块后输出，通道B

.O_ad_reset(O_ads422x_reset), //ADC控制信号

.O_ad_sen  (O_ads422x_sen),    //ADC控制信号，设置ADC的工作模式

.O_ad_sclk (O_ads422x_sclk),  //ADC控制信号，设置ADC的工作模式

.O_ad_card_en(O_card_power_en)//ADC模块的电源使能，当用到电源使能的时候需要用到  

);

wire vtc_rstn,vtc_clk,vtc_vs,vtc_hs,vtc_de,vtc2_de;

wire [23:0] wave_rgb; //RGB颜色寄存器

assign vtc_clk  = pclkx1;//像素时钟

assign vtc_rstn = locked;//VTC复位信号

//上电延迟复位

reg [7:0]    rst_cnt=0; //复位计数器

wire  rstn = rst_cnt[7];//用高位复位

always @(posedge I_sysclk_p)begin

    if (rst_cnt[7])

        rst_cnt <=  rst_cnt;

    else

        rst_cnt <= rst_cnt+1'b1;

end

//例化HDMI 输出IP

uihdmitx #

(

.FAMILY("7FAMILY")  //选择芯片所支持的系列"7FAMILY" "UFAMILY"            

)

uihdmitx_inst

(

.I_rstn         (locked),//复位

.I_HS           (vtc_hs),//hs信号

.I_VS           (vtc_vs),//vs信号

.I_VDE          (vtc_de),//de信号

.I_RGB          (wave_rgb),//RGB数据

.I_PCLKX1       (pclkx1),//像素时钟

.I_PCLKX2_5     (1'b0),//2.5倍像素时钟，只有UFAMILY需要

.I_PCLKX5       (pclkx5),//5倍像素时钟

.O_TMDS_TX_CLK_P(O_HDMI_CLK_P),//HDMI时钟输出P端

.O_TMDS_TX_CLK_N(O_HDMI_CLK_N),//HDMI时钟输出N端

.O_TMDS_TX_P    (O_HDMI_TX_P),//HDMI输出数据P端

.O_TMDS_TX_N    (O_HDMI_TX_N)//HDMI输出数据N端

);

//此VTC IP 用于产生绘制波形的有效区域，波形绘制区域大小未1024*600

uivtc#

(

.H_ActiveSize(1280),          //视频时间参数,行视频信号，一行有效(需要显示的部分)像素所占的时钟数，一个时钟对应一个有效像素

.H_SyncStart(1280+88),        //视频时间参数,行同步开始，即多少时钟数后开始产生行同步信号

.H_SyncEnd(1280+88+44),       //视频时间参数,行同步结束，即多少时钟数后停止产生行同步信号，之后就是行有效数据部分

.H_FrameSize(1280+88+44+239), //视频时间参数,行视频信号，一行视频信号总计占用的时钟数

.V_ActiveSize(720),           //视频时间参数,场视频信号，一帧图像所占用的有效(需要显示的部分)行数量，通常说的视频分辨率即H_ActiveSize*V_ActiveSize

.V_SyncStart(720+4),          //视频时间参数,场同步开始，即多少行数后开始产生场同步信号

.V_SyncEnd (720+4+5),         //视频时间参数,场同步结束，即多少场数后停止产生场同步信号，之后就是场有效数据部分

.V_FrameSize(720+4+5+28),     //视频时间参数,场视频信号，一帧视频信号总计占用的行数量

.H2_ActiveSize(1024),         //波形绘制区域行像素大小        

.V2_ActiveSize(256)           //波形绘制区域场像素大小

)

uivtc_inst

(

.I_vtc_clk   (vtc_clk),  //系统时钟

.I_vtc_rstn  (vtc_rstn), //系统复位

.I_vtc2_offset_x(128),   //X坐标相对屏幕的原始坐标的偏移

.I_vtc2_offset_y(200),   //Y坐标相对屏幕的原始坐标的偏移

.O_vtc_vs    (vtc_vs),   //场同步输出

.O_vtc_hs    (vtc_hs),   //行同步输出

.O_vtc_de    (vtc_de),   //视频数据有效

.O_vtc2_de   (vtc2_de)   //绘制波形显示区域的有效区域

);

ila_0 ila_dbg (

.clk(I_ads422x_clk), // input wire clk

.probe0({ads422x_da,ads422x_db})

);

//测试数据产生，通过test_data产生测试数据，可以用于测试波形显示器的基本功能测试

//reg [7:0]test_data =0;

//always @(posedge vtc_clk)

//  if(vtc2_de)

//       test_data[7:0] = test_data + 1'b1;

//例化波形显示器 IP，默认支持2个通道数据，可以扩展支持更多通道

uiwave uiwave_inst

(

//波形1

.I_wave1_clk(I_ads422x_clk),//系统时钟输入

.I_wave1_data(ads422x_da[11:4]+8'h80),//ADC只显示高8bits 数据

.I_wave1_data_de(1'b1),//ADC数据有效信号

//波形2

.I_wave2_clk(I_ads422x_clk),//系统时钟输入

.I_wave2_data(ads422x_db[11:4]+8'h80),//ADC只显示高8bits 数据

.I_wave2_data_de(1'b1),//ADC数据有效信号

.I_vtc_rstn(vtc_rstn),//时序发生复位

.I_vtc_clk (vtc_clk), //像素时钟

.I_vtc_vs  (vtc_vs),  //场同步输出

.I_vtc_de  (vtc2_de),//同步，绘制波形显示区域的有效区域

.O_vtc_rgb (wave_rgb)//同步RGB数据 绘制数据输出  

);

endmodule