ZU47DR 100G光纤 高性能板卡

简介

2347DR是一款最大可提供8路ADC接收和8路DAC发射通道的高性能板卡。板卡选用高性价比的Xilinx的Zynq UltraScale+ RFSoC系列中XCZU47DR-FFVE1156作为处理芯片(管脚可以兼容XCZU48DR-FFVE1156,主要差别在有无FEC(信道纠错编解码),其PS端搭配一组4颗16bit的DDR4颗粒,总容量达到4GB;PL端搭配一组2颗16bit的DDR4颗粒,总容量达到2GB。

板载2个Mini USB型式的UART串口分别对应PS和PL端,1个排针式CAN 接口和1个排针式485接口。1个JTAG调试接口,1个DP视频接口,1个千兆网口和2个Type C的USB3.0接口。板载的MMCX连接器最大可提供8路ADC接收和8路DAC发射通道;支持ADC外部差分时钟输入和DAC差分时钟输出;支持外参考时钟、外同步和外触发信号;支持GPS和秒脉冲PPS信号。

板载2个QSFP28形式100Gb高速光纤接口,以及一个M.2型式的SATA接口,一个SD卡和一个多路GPIO对外接口。

应用:

  • 雷达、软件无线电等
  • FPGA信号处理
  • 实时多算法处理的在线测试验证
  • 测试测量快速环境搭建
  • 高速光纤、采集应用

产品特性:

  • FPGA默认为Zynq UltraScale+ RFSoC系列的XCZU47DR-FFVE1156,集成数字上下变频,插值,抽取;
  • 兼容XCZU48DR-FFVE1156(支持FEC);
  • 板载PS一组4颗共4GB,PL一组2颗共2GB高速DDR4存储器;
  • 板载2个256Mb/4bit的SPI Flash组配成一个8bit加载SPI Flash;
  • 多种形式的通讯接口,包括JTAG、UART、CAN、485、千兆网口;
  • 1个DP视频接口和2个Type C的USB3.0接口;
  • 支持最多8路ADC IN和8路DAC OUT,频率接收范围1M~ 6G,发送最大频率6 G。接收器当采用单通道模式时,最大采样率为5Gsps,最大接收通道为8个,正交模式时,接收通道为4个,最大采样率为10Gsps,ADC量化位数为14位。发送器最大采样率为9.85Gsps,八个发送通道,量化位数为14位;
  • 支持ADC外部差分时钟输入和DAC差分时钟输出;
  • 支持外参考时钟、外同步和外触发信号;
  • 支持GPS和秒脉冲PPS信号;
  • 支持2个QSFP28形式100Gb高速光纤接口;
  • 支持一个M.2型式的SATA接口,一个SD卡;
  • 一个包含差分和单端的多路GPIO对外接口;
  • 板载温度传感器和风扇转速控制芯片;
  • 12V独立电源输入接口,12V直流风扇控制接口;
  • 接口指标。

模拟输入接口

输入频率范围

1M~6G

输入最大功率

14.6dBm

模拟输出接口

输出频率范围

0~6G

输出最大功率

3 dBm

外部参考时钟输入

输入频率频率范围

10M~100 M

输入最大功率

10 dBm

同步接口

支持TTL,LVCMOS

通用接口

支持TTL,LVCMOS ,LVDS

秒脉冲接口

支持TTL,LVCMOS

外触发

支持TTL,LVCMOS

GPS接口

MMCX

系统主要由时钟管理模块、FPGA控制模块、DDR存储模块、AD/DA模块、接口配置电路模块及电源管理模块组成。其中,时钟管理模块支持外参考、外同步和外触发功能,提供各种功能模块需要的相应时钟信号;FPGA控制模块通过PS向外部提供1路UART、千兆网口、USB3.0、CAN接口、SATA、JTAG、SD、DP等外设接口,PL向外部提供1路UART、485、2路QSFP28等外设接口,可支持各种常用功能的数据交互与控制。

DDR存储模块部分,PS提供一组64bit/4GB的基于DDR4,PL提供一组32bit/2GB的基于DDR4,整板一共6GB的板载存储空间,极大地提高了整个板卡的处理性能和能力。

FPAG集成了数字上下变频,插值,抽取等功能,支持最多8路ADC IN和8路DAC OUT,频率接收范围1M~ 6G,发送最大频率6 G。接收器当采用单通道模式时,最大采样率为5Gsps,最大接收通道为8个,正交模式时,接收通道为4个,最大采样率为5Gsps,ADC量化位数为14位。

发送器最大采样率为9.85Gsps,八个发送通道,量化位数为14位。配置电路模块支持FPGA程序的在线下载和SPI FLASH的烧写,可以方便用户进行实时多算法处理的在线测试验证。

FPGA资源:

Xilinx的Zynq UltraScale+ RFSoC系列芯片均包含PS和PL部分。其中XCZU47DR-FFVE1156管脚可以兼容XCZU48DR-FFVE1156,FFVE1156封装,基本资源几乎一致,主要差别在有无FEC(信道纠错编解码)。如需要FEC(信道纠错编解码)功能,可无缝升级为XCZU48DR-FFVE1156。 

其他支持

  • 支持 DDR4接口,SATA、DP接口等IP的例程;
  • ADC/DAC等成熟功能模块;
  • 通用驱动库及开发程序包,支持多种操作系统;
  • 可提供部分功能演示程序。

### 关于ZU47DR FFT实现或应用 #### ZU47DR简介 ZU47DR属于Xilinx公司推出的Zynq UltraScale+ MPSoC系列器件之一。该系列产品集成了ARM处理器系统与FPGA逻辑资源,适用于高性能计算、通信以及信号处理等领域。 #### FFT算法概述 快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)是一种高效的算法来计算离散傅立叶变换及其逆运算。对于长度为N的数据序列,直接按照定义求解DFT需要O(N^2)次复数乘法;而采用FFT可以降低到O(NlogN),极大地提高了效率[^1]。 #### 基于ZU47DR的FFT实现方案 利用ZU47DR强大的硬件加速能力,在其上构建高效稳定的FFT引擎成为可能: - **硬件设计方面** - 可以充分利用内部PL(Programmable Logic)区域定制专用电完成蝶形运算单元的设计; - 利用PS(Processing System)侧提供的AXI接口访问外部存储器保存中间结果; - **软件编程角度** - ARM核负责整体流程控制及参数配置工作; - 开发环境可以选择Vivado HLS将高层次语言描述转换成RTL级网表文件以便综合进FPGA架构内; 下面给出一段简单的MATLAB代码用于生成测试向量并验证FFT功能正确性: ```matlab % Generate test vector Fs = 1e3; % Sampling frequency (Hz) t = linspace(-pi, pi, 512); % Time vector f1 = 50; % Frequency component 1 (Hz) f2 = 120; % Frequency component 2 (Hz) x = sin(f1*t*Fs/pi)+sin(f2*t*Fs/pi); % Perform FFT using MATLAB built-in function as reference y_ref = fft(x); ```
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