软件无线电射频数据采集 Zynq UltraScale+ RFSoC 方案测试平台 XCZU47DR

采用 Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3 系列 XCZU47DR FPGA 芯片,集成射频直接采样数据转换器、FPGA 逻辑、完整的 ARM 处理器子系统和高速收发器。

支持 8 路 14bit RF-ADC,最大采样率可达 5GSPS,8 路 14bit RF-DAC,最高采样率可达 9.85GSPS,射频输入输出频率响应全面支持 6GHz 以下频段。

提供综合 RF 信号链,最大化输入/输出通道密度,高宽带、异构处理能力和低功耗。

满足大规模 MIMO 无线电、5G 基带、固定无线接入、有线电视接入、测试测量、卫星通信、相控阵雷达/数字阵雷达,以及其它高性能 RF 应用需求。

  • 基于 Xilinx RFSOC ZU27DR 或 ZU47DR
  • 8 通道 ADC 采样
  • 8 通道 DAC
  • PCI Express x8 GEN3 Interface
  • 4 核ARM Cortex-A53 处理器,主频最高 1.3G
  • 板载 7GB DDR4 SDRAM 缓存,最高支持 2400MT
  • 板载 x2 512Mb QSPI 配置 Flash
  • X1 10/100/1000Mbps 以太网(RJ45)接口
  • X1 Micro SD 卡
  • X1 SATA 接口
  • X1 USB2.0/USB3.0 接口
  • X1 UART RS232 调试串口
  • X15 GPIO 接口,支持 3.3V 和 5V 可选
  • 支持外参考时钟输入
  • 支持外部触发信号输入
ZYNQ UltraScale+ RFSoC 47DR 是 Xilinx(现为 AMD)推出的一款高性能可编程片上系统 (SoC),专为射频 (RF) 应用设计。该器件集成了 RF 信号链功能,适用于通信、测试测量设备、工业自动化和医疗成像等高要求的应用场景。 ### 核心架构 ZYNQ UltraScale+ RFSoC 系列基于 ARM 处理系统(PS)与可编程逻辑(PL)的异构架构。其中,47DR 型号的命名代表其具体配置: - **ARM 处理系统**:包含四核 ARM Cortex-A53(应用处理单元)和双核 Cortex-R5(实时处理单元),支持 64 位运行[^1]。 - **可编程逻辑**:基于 UltraScale 架构的 FPGA 部分,支持高度灵活的硬件加速功能[^1]。 ### RF 性能规格 ZYNQ UltraScale+ RFSoC 47DR 的核心优势在于其集成的 RF 模拟前端,具体包括: - **RF 采样 ADC 和 DAC**:支持直接射频采样,ADC 分辨率为 12 位,采样率高达 4 GSPS;DAC 分辨率为 14 位,采样率高达 6.4 GSPS,显著减少外部模拟前端的设计复杂度[^1]。 - **频率范围**:支持从直流到 6 GHz 的射频信号处理,适用于多种无线通信标准(如 5G、Wi-Fi 6、LTE 等)[^1]。 ### 存储与接口 - **内存接口**:支持 DDR4、DDR3、LPDDR4 等多种存储标准,提供高达 768 位的存储带宽,适用于高速缓存和大数据吞吐场景[^1]。 - **高速接口**:集成 PCIe Gen3、10G Ethernet、USB 3.0、SATA 3.2 等接口,支持多通道高速数据传输[^1]。 ### 功耗与封装 - **功耗优化**:采用先进的 16nm FinFET 工艺,提供高性能与低功耗的平衡,适用于嵌入式和移动应用[^1]。 - **封装**:采用 1760 引脚 Flip-Chip BGA 封装,适用于高密度 PCB 设计[^1]。 ### 开发支持 - **开发工具**:支持 Xilinx Vivado 设计套件、Vitis 软件平台和 PetaLinux 工具链,提供完整的软硬件协同开发环境[^1]。 - **评估板**:Xilinx 提供 ZCU111 等评估平台,方便用户快速验证 RFSoC 的性能和功能[^1]。 ### 适用场景 ZYNQ UltraScale+ RFSoC 47DR 适用于以下领域: - **5G 无线基站**:支持大规模 MIMO 和波束成形技术,满足高密度通信需求[^1]。 - **软件定义无线电 (SDR)**:提供灵活的硬件和软件配置,适应多种通信协议和标准[^1]。 - **测试与测量设备**:具备高精度 ADC/DAC 和实时信号处理能力,适用于频谱分析仪和信号发生器[^1]。 ### 示例代码 以下是使用 PetaLinux 创建一个简单的 Linux 应用程序,读取 RFSoC 的温度传感器数据: ```c #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h> int main() { int fd = open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp", O_RDONLY); if (fd < 0) { perror("Failed to open temperature sensor"); return -1; } char buffer[10]; ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer)); if (bytes_read < 0) { perror("Failed to read temperature"); close(fd); return -1; } buffer[bytes_read] = '\0'; printf("Current Temperature: %s mCelsius\n", buffer); close(fd); return 0; } ``` ### 编译与运行 使用 PetaLinux 工具链编译上述代码: ```bash petalinux-build -c app ``` 将生成的可执行文件复制到目标设备并运行: ```bash ./temperature_sensor ``` ---
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