數(shù)字IO卡是采集數(shù)字IO信號的儀器，其功能類似于邏輯分析儀。北京坤馳科技公司的M2i.7011數(shù)字IO卡有16,、32與64bit版本可選，且在16bit與32bit版本中高采樣率可達125MS/s,。板卡具備高2GB板載內(nèi)存，在FIFO下,，板卡持續(xù)流模式傳輸速度可達160MS/s,，可滿足大部分使用需求。
在本次應(yīng)用實驗中經(jīng)過對過程中問題的分析,、解決,，實現(xiàn)了對藍牙信號的采集。
1 environment setup
我們可以根據(jù)m2i.7011的datasheet中的管腳定義,，可以清晰的找到數(shù)字IO信號,、時鐘CLK信號、數(shù)字地信號GND等,。
基于m2i.7011是大32bit的IO可以使用,，用戶需要20bit的數(shù)字IQ信號，其中包括I路信號10bit,，Q路信號10bit，還有1路clk輸入信號,，外加GND數(shù)字地信號,。
下圖是ADC采集的信號，用xilinx的chipscope軟件抓的ADC芯片量化出來的數(shù)據(jù),，可以看到采集的波形很平滑,。
用Agilent 16822A Logic Analyzer測試ADC量化的10bit信號，如下圖所示,，因為邏輯分析儀有電平判決,，ADC 1.8V CMOS電壓也可以兼容，而且可以設(shè)置采樣的邊沿可以選擇rising edge還是falling edge,，再加上邏輯分析儀的電纜線可以做到屏蔽性好,、等長等特性。
下圖是用邏輯分析儀,，直接分析ADC量化的10bit的數(shù)據(jù),，不經(jīng)過FPGA處理。
2 io level
我們可以從m2i.7011數(shù)字IO卡的datasheet中,，可以知道,，IO卡對于高低電平的判決是高于2.0V當(dāng)成高電平1來處理,，低于0.8V當(dāng)成低電平0來處理。
The high level ≥2.0V
The low level ≤0.8V
m2i.7011對于高低電平的判決是datasheet寫的是3.3V,，5V的TTL電平標(biāo)準(zhǔn),。
即使我們把輸入阻抗impedance調(diào)節(jié)成110ohm，電壓是2.5V還是不兼容1.8V,。
但是采集藍牙信號的ADC芯片輸出的是1.8V的CMOS電平,，這樣電平不一致將導(dǎo)致IO卡無法預(yù)知高低電平的信號，一般高電平對于數(shù)字信號來說是1,，低電平是0,。如果無法正確的預(yù)判是1還是0，對于數(shù)字IO卡來說,，就會采集不到正確的0和1的值,。
所以，需要把ADC的數(shù)據(jù)先進入FPGA,，進行電平轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換成3.3V的電平，為了和IO卡匹配,。轉(zhuǎn)換完之后,，需要把FPGA的的管腳引到IO口的插針上，但是引到IO插針上的時候,，用Agilent的邏輯分析儀,，采集原理和IO卡一樣，就是多了電平判決和采樣時鐘沿的選項,，這樣可以應(yīng)對許多種IO信號,。m2i.7011卡，電平不可以可選,，m4i.77xx是可以選擇電平標(biāo)準(zhǔn)的,，m2i.7011默認(rèn)是上升沿采集信號，不能使用下降沿采集信號,。
LEADCORE公司的ADC芯片設(shè)計比較怪異,，因為一般ADC芯片，TI或者ADI的ADC,，量化ADC數(shù)據(jù)adcdata的時候,，會有dclk，所謂dclk就是和adcdata一起同步出來的信號,，這樣時鐘和數(shù)據(jù)都是同步的,，但是LEADCORE公司的ADC芯片只有adcdata，沒有隨路時鐘dclk,，他們選擇的方式是FPGA這邊直接給1個16MHz的時鐘,，16MHz的時鐘使用xilinx公司的virtex-5信號DCM,，產(chǎn)生同頻率，相位分別為0°,，90°,，180°，270°的16MHz時鐘,，xilinx virtex-5芯片的DCM產(chǎn)生時鐘,，報低能產(chǎn)生32MHz的時鐘，但是產(chǎn)生16MHz的時鐘,，拿示波器量確實是16MHz,，可能是xilinx的一個bug。
DCM產(chǎn)生的4個時鐘里面,，有1個或者2個,，可以讓dclk和adcdata盡量的滿足setup time和hold time，保證采集的數(shù)據(jù)在時序上沒有violation,。這樣就能避免出現(xiàn)下圖的現(xiàn)象：
實際測試,，發(fā)現(xiàn)沒有了IO delay的錯誤，反而多了一個周期性的干擾的毛刺,，而且毛刺的位置非常固定,。拿Agilent Logic Analyzer測試10bit的IO數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在1個周期的sinus波形里有個周期性的干擾,。
后再拿m2i.7011數(shù)字IO卡,，測試，采集完存成bin文件,，用MATLAB觀察,，現(xiàn)象和Agilent的邏輯分析儀現(xiàn)象一致。
再仔細(xì)觀察突變的位置,，剛好是512左右，我們再分析10bit的數(shù)據(jù)1000000000是512,，也就是說剛好高位從0到1翻轉(zhuǎn)的過程中突變了,，導(dǎo)致1變成0，導(dǎo)致數(shù)據(jù)突然下跌,。
我們知道,，對于數(shù)字電路來說，10bit的數(shù)據(jù),，在邏輯里面如果經(jīng)過D觸發(fā)器,，10bit的數(shù)據(jù)要發(fā)生翻轉(zhuǎn)都在在時鐘的上升沿或時鐘的下降沿，因為D觸發(fā)器屬于邊沿觸發(fā)器,。對于邊沿比較敏感,。
那10bit的數(shù)據(jù),，就需要10個D觸發(fā)器，每個觸發(fā)器存1bit的值,，那如果是由時鐘邊沿引起的第10bit的數(shù)據(jù),，周期性的翻轉(zhuǎn)受干擾，那我們就用上面DCM產(chǎn)生的4個相位的時鐘,，分別試驗,。
如果4個時鐘都是同樣的現(xiàn)象，就可以定位是硬件上的問題了,。
終,，經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)是ADC芯片引出的IO上有問題,，所以更換了IO,，重新采集?？梢圆杉狡交膕inus波形,。
3 bluetooth signal
使用Agilent基于移動領(lǐng)域的WiMAX矢量信號源MXG,，產(chǎn)生藍牙信號包,，藍牙包里可以疊加噪聲。
使用Rohde&Schwarz公司的無線通信CMW270,，可以統(tǒng)計藍牙包的誤報率,。
當(dāng)把一切環(huán)境都搭建好，可以使用m2i.7011采集數(shù)字IO信號了,，數(shù)字IO卡使能的bit數(shù)可以從datasheet知道,。
8bit、16bit,、32bit,，因為采集IQ兩路總共需要20bit，還需要1bit GND和1bit CLK,，所以需要使能32bit的IO,，采樣時鐘選擇外時鐘16MHz。
下圖是使用m2i.7011采集的IQ藍牙包IO波形,。
同樣用Agilent的邏輯分析儀看到藍牙包是一包一包出現(xiàn)的,。
我們使用chipscope抓取藍牙包，使用MATLAB把采集的32bit的IO數(shù)據(jù)進行解析,，會看到IQ兩路的藍牙包,。
藍牙包根據(jù)不同的疊加噪聲會有不同的時域表現(xiàn)。
4 summary
北京坤馳科技的數(shù)字IO卡基于采集的是數(shù)字IO信號，每個IO口對應(yīng)1bit的數(shù)據(jù),，其功能類似于邏輯分析儀,，IO卡的優(yōu)點在于體積小，可攜帶,，可插與普通電腦或者便攜式機的PCIE或PCI插槽使用,，接口形式示采集卡是PCI還是PCIE接口。數(shù)字IO卡支持可編程,，支持多個IO,，多可使用64個IO口，相比于Agilent 16822A邏輯分析儀,，邏輯分析儀缺點是數(shù)字IO口少,，只支持16個數(shù)字IO口和1個CLK和1個GND，無法滿足2路IQ產(chǎn)生的20bit數(shù)字信號,。
