一、 明德扬mdyFmcAd9653-ADC系列采集板介绍
mdyFmcAD9653是由明德扬科教研发的多通道、高分辨率和高采样率的ADC系列子板，该系列包括如下型号。
具体型号 | 主芯片 | 厂家 | 性能差异 |
mdyFmcAd9653-ADI-8CH | AD9653 | ADI | 8通道、16位、125M采样率 |
mdyFmcAd9653-ADI-4CH | AD9653 | ADI | 4通道、16位、125M采样率 |
mdyFmcAd9653-MHX-8CH | MHX9653 | 上海冕芯 | 8通道、16位、125M采样率 国产芯片，性能相当。由上海冕芯针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-MHX-4CH | MHX9653 | 上海冕芯 | 4通道、16位、125M采样率 国产芯片，性能相当。由上海冕芯针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-MXT-8CH | MXT2401 | 北京时代民芯科技 | 8通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能相当。由北京时代民芯（航天772研究所）针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-MXT-4CH | MXT2401 | 北京时代民芯科技 | 4通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能相当。由北京时代民芯（航天772研究所）针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-GMS-8CH | GMS031 | 重庆吉芯科技 | 8通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能相当。由重庆吉芯（中电24所子公司）针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-GMS-4CH | GMS031 | 重庆吉芯科技 | 4通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能相当。由重庆吉芯（中电24所子公司）针对AD9653进行正向研发，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-BL-8CH | BLAD16Q125 | 上海贝岭 | 8通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能优于AD9653。由上海贝岭针对AD9653进行正向研发，对于ad9653性能上的不足之处进行了多项升级，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
mdyFmcAd9653-BL-4CH | BLAD16Q125 | 上海贝岭 | 4通道、16位、125M采样率； 国产芯片，性能优于AD9653。由上海贝岭针对AD9653进行正向研发，对于ad9653性能上的不足之处进行了多项升级，PIN TO PIN兼容。国内流片、封装，可以做到100%自主可控。 |
其主要功能如下：
Ø 搭载两片ADC芯片，支持ADI、上海贝岭、北京时代民芯科技、重庆机芯科技、上海冕芯等生产的芯片，完全PIN对PIN兼容；
Ø 共支持8通道同步输入；
Ø 支持16位采样分辨率；
Ø 支持最高125MSPS的采样率；
Ø 支持内外部时钟自动切换；
Ø 板载一片10MHz/0.5ppm的温补晶振；
Ø 集成了时钟分部芯片AD9517-1，配合相应的FMC载板能完成多通道宽带信号采集；
Ø 适用于医疗超声和MRI、高速成像、正交无线电接收机、分集无线电接收机、测试设备、雷达、卫星导航等多种应用场合。
二、 性能参数
1、 测试工具：Vivado，mdyMp5620开发板，mdyFmcAd9653板卡。
2、 模拟性能指标
Ø 八通道输入、125MSPS转换率、16bit分辨率；
Ø 满幅输入10dBm；
Ø 信噪比78.438 dBFS @ 10.7 MHz；
Ø 无杂散动态范围 ≥ 85dBFS；
Ø 全功率带宽（-3dB）：500MHz。
3、 时钟选择
Ø 板载10MHz温补晶振，外接时钟源时，可自动切换；
Ø 外部采样时钟输入方式：单端50Ω；
Ø 外部采样时钟耦合方式：交流耦合；
Ø 外部采样时钟输入幅度：-2dBm~10dBm;
4、 触发方式
Ø 外部触发输入/输出信号：单端50Ω；
Ø 触发信号耦合方式：直流耦合；
Ø 触发信号电平标准：LVCMOS
5、 标准结构
Ø 模拟输入接口：MMCX标准接口；
Ø 数字I/O接口：FMC(LPC)/VITA57.1标准接口；
Ø 散热方式：风冷
三、 主要硬件介绍
1、 板卡设计框图
2、 AD9653芯片
ADI公司的ADC芯片AD9653，该芯片是是一款4通道、16位、125 MSPS模数转换器(ADC)。该芯片内置采样保持电路，专门针对低功耗、小尺寸和易用性而设计。该产品的转换速率最高可达125 MSPS，具有杰出的动态性能与低功耗特性，适合强调小封装尺寸的应用。
该ADC要求采用1.8 V单电源供电以及LVPECL/CMOS/LVDS兼容型采样时钟信号，以便充分发挥其工作性能。无需外部基准电压源或驱动器件即可满足许多应用需求。
该ADC内置PLL会自动倍频采样时钟，从而产生合适的LVDS串行数据速率。它提供一个数据时钟输出 (DCO)用于在输出端捕获数据，以及一个帧时钟输出 (FCO)用于发送新输出字节信号。
该ADC具有极低的功耗，正常工作时为673mW。它还支持独立关断各通道；禁用所有通道时，典型功耗低于2mW。
该ADC应用性能优异，应用场景广泛，国内已经有许多该芯片的Pin to Pin的替代品。如上海贝岭的BLAD16Q125、北京时代民芯科技的MXT2401、中电24所的GMS031等等。以上芯片可以原位替代AD9653。
图2.2.1
3、 时钟分布与锁相环芯片
ADI公司的时钟分布/锁相环芯片AD9517-1。该芯片VCO频率范围为2.30GHz~2.65GHz，支持4路LVPECL和4路LVDS（8路CMOS）时钟输出，LVPECL最高输出频率1.6GHz，LVDS最高输出800MHz，CMOS输出最高250MHz。
每对输出都拥有一个可以自由调整分频比以及粗调相位的通道分频器，LVPECL电平输出的通道分频器的分频比为1到32，而 LVDS/CMOS电平输出所允许的最大分频比为1024。
为了使数据转换系统以及其它需要低相噪或者抖动的系统达到更好的性能，AD9517-1专门优化了低抖动/相噪设计。输出附加抖动275fs（rms）, 输出通道间偏斜＜10ps。
4、 温补晶振
Rakon公司的10MHz温补晶振，E7009LF。该晶振性能优异，频率稳定度±0.5ppm，-40℃~+85℃工作温度内，频率稳定度也可以保持±0.5ppm。5032封装，带有频率调整引脚。
或者EPSON公司的10MHz温补晶振，TG-5032CFN。
5、 FMC接口
采用标准low-pin-count FMC连接器。
6、 MMCX连接器
板卡前面板插座采用标准MMCX射频连接器。
四、 评估测试
1、 测试环境
n 时钟：板载10MHz温补晶振；
n 信号：R&S SMBV100A信号源，串入晶体滤波器；
n 评估板：mdy5620开发板+mdyFmcAD9653板卡。
2、 芯片配置
n AVDD=1.8V， DRVDD=1.8V；
n 2. 时钟速率： 125MHz， DCS 关闭；
n 3. 2Vpp 满幅输入范围，输入信号功率为-1± 0.15 dBFS；
n 4. 默认 LVDS ANSI-644，DDR，1xFrameMode，Bytewise。
3、 双音测试结果
图4.3.110.7MHz_51.8MHz_two_tone_fft
图4.3.217.5MHz_45MHz_two_tone_fft
4、 空采噪声测试结果
图4.4.1 空采噪声测试结果
5、 网络分析仪测试
测试带宽100khz到200mhz，输入为巴伦的单端输入，输出为巴伦的差分输出的一边。如图4.4.2曲线为s21传输特性曲线（频响），图片左上角的mark点为各频点衰减值。
图4.4.2 频响和衰减测试结果
一、 上板测试说明
1、 上板提供如下功能的测试工程：
l 工程成功加载，mdy5620开发板led-D9、D10闪烁；
l Ad9653采集8通道数据并输入到fpga；
l 下载成功后可以通过vivado弹出的ila窗口查看ad9653各mmcx通道采集数据，信号定义如下表格。
信号名 | 位宽 | 定义 |
ad0_data_a_t | 16 | ad9653转换通道MMCX1数据 |
ad0_data_b_t | 16 | ad9653转换通道MMCX2数据 |
ad0_data_c_t | 16 | ad9653转换通道MMCX3数据 |
ad0_data_d_t | 16 | ad9653转换通道MMCX4数据 |
ad1_data_a_t | 16 | ad9653转换通道MMCX5数据 |
ad1_data_b_t | 16 | ad9653转换通道MMCX6数据 |
ad1_data_c_t | 16 | ad9653转换通道MMCX7数据 |
ad1_data_d_t | 16 | ad9653转换通道MMCX8数据 |
表5.1.1
2、 测试工程接口信号列表
信号名 | I/O | 位宽 | 定义 |
CLK_200M_P, | I | 1 | 200MHZ系统时钟P端 |
CLK_200M_N, | I | 1 | 200MHZ系统时钟N端 |
PLL_CLK_P, | I | 1 | PLL时钟_P端 |
PLL_CLK_N, | I | 1 | PLL时钟_N端 |
LED, | O | 2 | LED |
PLL_SCLK, | O | 1 | PLL SPI时钟 |
PLL_CS, | O | 1 | PLL SPI片选 |
PLL_SDIO, | O | 1 | PLL SPI数据引脚 |
PLL_SDO, | I | 1 | PLL SPI数据输入 |
PLL_RESETN, | O | 1 | PLL复位引脚(低电平有效) |
EXT_PLL_LOCK | I | 1 | PLL时钟锁定(高电平有效) |
ADC_SCLK, | O | 1 | AD SPI时钟 |
AD1_CSB, | O | 1 | AD1 SPI片选 |
AD2_CSB, | O | 1 | AD2 SPI片选 |
ADC_SDIO, | O | 1 | AD数据引脚 |
ADC_SYNC, | O | 1 | AD同步控制 |
ADC1_DCO_ | I | 1 | 数据时钟_P端 |
ADC1_DCO_ | I | 1 | 数据时钟_N端 |
ADC1_FCO_ | I | 1 | 帧同步标志_P端 |
ADC1_FCO_ | I | 1 | 帧同步标志_N端 |
ADC1_A0_P | I | 1 | 数据通道A0_P |
ADC1_A0_N | I | 1 | 数据通道A0_N |
ADC1_A1_P | I | 1 | 数据通道A1_P |
ADC1_A1_N | I | 1 | 数据通道A1_N |
ADC1_B0_P | I | 1 | 数据通道B0_P |
ADC1_B0_N | I | 1 | 数据通道B0_N |
ADC1_B1_P | I | 1 | 数据通道B1_P |
ADC1_B1_N | I | 1 | 数据通道B1_N |
ADC1_C0_P | I | 1 | 数据通道C0_P |
ADC1_C0_N | I | 1 | 数据通道C0_N |
ADC1_C1_P | I | 1 | 数据通道C1_P |
ADC1_C1_N | I | 1 | 数据通道C1_N |
ADC1_D0_P | I | 1 | 数据通道D0_P |
ADC1_D0_N | I | 1 | 数据通道D0_N |
ADC1_D1_P | I | 1 | 数据通道D1_P |
ADC1_D1_N | I | 1 | 数据通道D1_N |
ADC2_A0_P | I | 1 | 数据通道A0_P |
ADC2_A0_N | I | 1 | 数据通道A0_N |
ADC2_A1_P | I | 1 | 数据通道A1_P |
ADC2_A1_N | I | 1 | 数据通道A1_N |
ADC2_B0_P | I | 1 | 数据通道B0_P |
ADC2_B0_N | I | 1 | 数据通道B0_N |
ADC2_B1_P | I | 1 | 数据通道B1_P |
ADC2_B1_N | I | 1 | 数据通道B1_N |
ADC2_C0_P | I | 1 | 数据通道C0_P |
ADC2_C0_N | I | 1 | 数据通道C0_N |
ADC2_C1_P | I | 1 | 数据通道C1_P |
ADC2_C1_N | I | 1 | 数据通道C1_N |
ADC2_D0_P | I | 1 | 数据通道D0_P |
ADC2_D0_N | I | 1 | 数据通道D0_N |
ADC2_D1_P | I | 1 | 数据通道D1_P |
ADC2_D1_N | I | 1 | 数据通道D1_N |
表5.2.1
3、 硬件电路连接
如图5.3.1所示。
图5.3.1
4、 工程上板
下载提供的上板测试工程：
ü mdyFmcAd9653_top.bit
ü mdyFmcAd9653_top.Itx
通过MMCX接口外接信号发送器，并产生不同波形输入。如下图5.4.1所示，信号发送器连接mdyFmcAd9653板卡上的MMCX接口XS1，并产生正弦波-1MHz-1v-占空比50%，通过ILA可以抓取对应XS1通道的ad0_data_a_t信号信号，ILA捕抓时钟为125MHz。更改波形显示方法，可以看到ad9653转换过来的输入正弦波信号，而且可以看到ad9653的转换速率达到了最大的125Msps。
图5.4.1
信号发送器连接mdyFmcAd9653板卡上的MMCX接口XS1，产生正弦波-5MHz-1v-占空比50%，ILA抓取信号波形如下图5.4.2所示。
图5.4.2
信号发送器CH1连接mdyFmcAd9653板卡上的MMCX接口XS1，产生正弦波-10MHz-1v-占空比50%；信号发送器CH2连接mdyFmcAd9653板卡上的MMCX接口XS12，产生正弦波-15MHz-1v-占空比50%。ILA抓取信号波形如下图5.4.3所示。
图5.4.3
二、 技术支持
售后：开发板保修期为6个月，有需要可以联系陈老师：MDYfpga003
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