新的夾層標(biāo)準(zhǔn)支持多GHz信號(hào)采集

生產(chǎn)現(xiàn)成 FPGA 產(chǎn)品的供應(yīng)商面臨著以最少的設(shè)計(jì)迭代提供最大靈活性的問(wèn)題。因此，VITA 57（FPGA 夾層卡或 FMC）正在橋接 FPGA I/O 功能與外部世界。

FPGA繼續(xù)為嵌入式子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前端提供理想的解決方案。它們用于各種應(yīng)用，從連接多個(gè)模擬I/O通道（通常需要連續(xù)的多GHz采樣速率）到視頻或協(xié)議棧的預(yù)處理或后處理。然而，這種廣泛的功能和性能范圍給現(xiàn)成FPGA產(chǎn)品的供應(yīng)商帶來(lái)了挑戰(zhàn)，即以盡可能少的設(shè)計(jì)變化提供廣泛的靈活性。FPGA 夾層卡 （FMC） 標(biāo)準(zhǔn) ANSI/VITA 57 通過(guò)符合未來(lái) I/O 帶寬預(yù)期的高級(jí)連接器和信令功能，將外部世界橋接到 FPGA 的 I/O 功能。

FPGA 和各種應(yīng)用

雖然FPGA現(xiàn)在用于許多非常多樣化的應(yīng)用中的DSP，但具有許多并行和重復(fù)算法的應(yīng)用真正受益。監(jiān)控、信號(hào)情報(bào) （SIGINT） 和電子對(duì)抗措施 （ECM） 都是需要基于 FPGA 的技術(shù)可以提供的高通道數(shù)、I/O 帶寬、高性能和低延遲的示例。最新一代器件具有在基帶內(nèi)連續(xù)采樣發(fā)射所需的速度和復(fù)雜性。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要在采樣A到D和FPGA之間實(shí)現(xiàn)數(shù)GBPS帶寬。L波段位于1至2 GHz之間，是可能感興趣的此類(lèi)頻段的一個(gè)例子，在8位分辨率下至少需要3G采樣，相當(dāng)于3 GBps輸入帶寬才能完全覆蓋頻段。低延遲對(duì)于這些類(lèi)型的應(yīng)用也至關(guān)重要，無(wú)論是切換到更高分辨率以?xún)?yōu)化搜索還是對(duì)某些外部事件（例如ECM系統(tǒng)對(duì)發(fā)射器類(lèi)型的響應(yīng)）做出快速反應(yīng)。

斷續(xù)器規(guī)格

FMC夾層的開(kāi)發(fā)目的是在傳感器和FPGA之間提供這種高帶寬的緊密耦合，同時(shí)在非常小的空間范圍內(nèi)提供更高程度的I /O靈活性。FMC被許多COTS嵌入式計(jì)算供應(yīng)商采用，是一種小尺寸的夾層，可以單寬或雙倍寬度實(shí)現(xiàn)，單寬度模塊的尺寸僅為69 mm x 76.5 mm（2.72“x 3”）。它在 FMC 及其底卡之間使用 160 個(gè)或 400 個(gè)引腳的高密度 I/O 連接器。該連接器支持高達(dá) 2 Gbps 的單端或差分信號(hào)，以及許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 10 Gbps 多千兆位收發(fā)器 （MGT）。較小的連接器選項(xiàng)支持一個(gè) MGT 對(duì)，而 400 針高引腳數(shù) （HPC） 選項(xiàng)支持 10 對(duì)。MGT 用于高速串行傳輸鏈路，具有 FPGA 提供的協(xié)議支持。在這種作用下，F(xiàn)MC為銅纜和光纖之間的轉(zhuǎn)換提供了理想的外形尺寸。

從FMC到其底卡的高帶寬路徑利用差分對(duì)。FMC與其在底卡上的相關(guān)FPGA之間的傳輸距離非常短，因此可以使用1 GHz時(shí)鐘的兩條邊沿來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，從而使每個(gè)差分對(duì)具有2 Gbps的帶寬。 仍然保留許多對(duì)以用于附加功能或向多個(gè)FPGA提供類(lèi)似的高速數(shù)據(jù)管道。FMC 與許多模塊化板級(jí)標(biāo)準(zhǔn)兼容，如虛擬機(jī)、緊湊型計(jì)算機(jī)、高級(jí) TCA 或 VPX。圖 1 顯示了一個(gè) FMC 模塊和一個(gè) 3U 和一個(gè) 6U VPX 板，每個(gè)板都有一個(gè)或兩個(gè)由柯蒂斯-賴(lài)特控制嵌入式計(jì)算 （CWCEC） 提供的 FMC 模塊站點(diǎn)。FMC可以采用風(fēng)冷或傳導(dǎo)冷卻，以適應(yīng)各種環(huán)境條件。與 XMC/PMC 標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似，F(xiàn)MC 可以通過(guò)前面板邊框或通過(guò)基卡和背板路由 I/O 信號(hào)，以增強(qiáng)可維護(hù)性。

FMC 和 XMC/PMC 雖然明顯相似，但在將 FPGA 技術(shù)應(yīng)用于 DSP 要求方面是互補(bǔ)的。XMC/PMC 模塊通常在單個(gè)夾層上同時(shí)包含 A 到 D 和 FPGA，使用高速串行鏈路（如 PCI Express 或 串行快速 IO）將結(jié)果傳輸?shù)交逡赃M(jìn)行額外的處理或分發(fā)。然而，在某些情況下，基于 FPGA 的應(yīng)用超出了 XMC/PMC 的能力，無(wú)法支持增加的 I/O 帶寬、系統(tǒng)延遲或功耗/冷卻要求。FMC更適合于SIGINT等應(yīng)用，這些應(yīng)用需要在基板上安裝多個(gè)FPGA，具有多個(gè)多GHz路徑來(lái)分配數(shù)據(jù)，或者必須容納多個(gè)I / O功能的其他應(yīng)用。一個(gè)例子是未來(lái)的多模、多光譜傳感器。

審核編輯：郭婷