SDR和电机控制方案将混合模拟、FPGA和建模工具相结合 电机

Bazinga

电子产品设计工程师正面临越来越大的挑战：在市场方面，他们需要面对产品上市时间、风险管理以及成本控制的压力；在设计方面，他们需要掌握很多跨领域的知识，例如，模拟工程师需要了解数字技术，硬件工程师需要了解软件等等。在近期举办的2013年ADI设计峰会上，来自ADI、Xilinx、MathWorks的业界专家齐聚一堂，共同探讨如何让工程师应对当今复杂的设计挑战。
众所周知，ADI、Xilinx以及Mathworks分别是模拟混合信号、FPGA及建模工具领域的领先厂商。ADI中国区总经理范建人表示，“我们将ADI整个模拟混合信号链、Xilinx可编程数字处理以及MathWorks的设计流程系统化管理三大技术预先集成到一起，让设计工程师非常容易地复制到自己产品的底层，从而将更多的精力放在为客户提升更具价值的产品上。”此次峰会上，主办方现场展示了基于这些先进技术的完整解决方案。以下主要介绍将FPGA、模拟混合信号及算法结合的应用案例，即软件定义无线电(SDR)设计及电机控制方案。

用于无线通信的高速FMC模拟板

ADI公司AD-FMCOMMS1-EBZ高速接口卡(FMC)板用于展示最新一代的高速数据转换器(图1)。AD-FMCOMMS1-EBZ为众多计算密集型FPGA无线电应用提供模拟前端。与FPGA开发平台一起使用时，AD-FMCOMMS1-EBZ能够在物理层实现从基带到RF的一系列无线通信功能。



图1：AD-FMCOMMS1-EBZ(蓝色)连接至Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC。


AD-FMCOMMS1-EBZ板由发射、接收、时钟和电源四部分组成(图2)。发射通路包括双通道、16位、1200MSPS、TxDAC+DAC的AD9122；ADL5375400MHz~6GHz宽带四通道调制器；ADF4351集成VCO的宽带频率合成器；以及ADL560250MHz~4.0GHzRF/IF增益(20dB)模块。接收通路包括ADL5380正交解调器；AD8366双通道数字可变增益放大器；AD964314位、250MSPS双通道ADC；及ADF4351集成VCO的宽带频率合成器。在时钟部分，AD9548提供四路/八路输入网络时钟，AD9523-1提供14路输出的低抖动时钟发生器；电源则由ADP2323双通道3A、20V降压开关；ADP7104高精度500mALDO；ADP150/1超低噪声150/200mALDO及ADP1740低VIN、2ALDO器件提供。



图2：软件定义无线电功能框图。


AD-FMCOMMS1-EBZ板可用于无线通信基础设施演示、远程射频头、软件定义无线电、MIMO分集接收机、DPD反馈、卫星调制解调器、测试与测量设备、雷达和先进的成像，以及通用数据采集。

软件定义无线电套件

软件定义无线电完整解决方案AESZSDR-ADI-G套件包括：AvnetZedBoard7020基板；XilinxISEWebPACK软件，以及绑定ChipScope许可的设备(设备绑定至XC7Z020)；ADIAD-FMCOMMS1-EBZFMC板；Linux驱动程序、应用软件、HDL源、参考设计、完整原理图和Gerbers文件；两个脉冲LTE刃形天线(2500MHz~2700MHz)；8GBSD卡；以及风扇组件、天线、螺丝和支架。经验证和测试的SDR系统示例有助于高性能FPGA/模拟/RFSDR开发人员降低风险。软件在宽带宽范围内可调谐—400MHz~4GHz设计，200MHz带宽。这样，产品无需更改硬件即可定制至任何频率，并且允许高通道密度。Tx和Rx的相位/频率同步，支持MIMO无线电。旁路RF部分进行基带采样，支持通用平台配置和测试。同时，产品的低功耗特性，使之可以通过单FMC连接器供电。
高性能伺服控制FMC板

ADI、Xilinx和MathWorks合作的另一个领域是伺服电机控制。ADI公司的AD-FMCMotcon1-EBZ控制板提供了有效的电机控制解决方案，用于不同类型的电机中(图3)。每个FPGA接口卡(FMC)可驱动一个步进、两个有刷直流(BDC)、两个无刷直流(BLDC)或两个永磁同步电机(PMSM)。该板卡可解决电机控制应用中的功耗和隔离挑战，提供针对电机反馈信号的精确测量。作为XilinxZynqFPGA基板的配套板卡，该电机控制FMC板可连接任意XilinxFMC平台。



图3：AD-FMCMotcon1-EBZ连接至Xilinx ML605 FPGA板。


AD-FMCMotcon1-EBZ控制板具有以下特性：FMC12V或外部电源；以4A驱动高达42V的电机；控制信号隔离；使用隔离式ADC进行电流和电压测量；针对无传感器控制PMSM或BLDC电机的BEMF零交越检波；霍尔和速度编码器的连接器；可同时驱动两个BLDC/PMSM/有刷直流电机；可驱动一个步进电机；兼容所有带FMCLPC或HPC连接器的XilinxFPGA平台；可用于Xilinx7系列FPGAXADC的接口(图4)。



图4：ADI FMC电机控制板功能框图。


该控制板支持快速开发，提供完整的控制解决方案，对电源、隔离、测量和控制等硬件进行了集成。ADFMCMotcon1-EBZ具有FPGA接口能力，增加了控制的灵活性，可用于控制不同类型的电机，增加了功能多样性。另外，相关示例参考设计说明了如何配合XilinxFPGA和Simulink使用相关的控制解决方案。