国外电子元器件 徐法东 翟正军

　　摘要：介绍了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的120MHz高速A／D采集卡的设计方法。给出了这种采集卡的硬件原理电路和主要的软件设计思路。采用该设计方法设计的数据采集卡具有包括负延迟触发等多种触发方式，具有体积小，工作可靠，控制简单等特点。

    关键词：高速A／D；CPLD；负延迟触发；EPM7128；AD9054

　　高速A／D采集技术已在许多领域得到愈来愈广泛的应用，本文将详细论述采用CPLD技术来实现120MHz高速A／D采集卡的设计方法，该采集卡具有包括负延迟触发在内的多种触发方式，采用CPLD复杂可编程逻辑器件（又称FPGA）EPM7128SQC100－7和AD公司的高速模数转换器（A／D）AD9054BST－135来实现。

    1  芯片介绍

    1．1 EPM7128SQC100－7简介

　　EPM7128SQC100－7内含128个宏单元（或2500个可用门），其引脚到引脚的最短传输延时为7ns，采用单＋5V电源供电，可通过JTAG接口实现在线编程，并带有可供84个用户使用的I／O脚（其中4个为专用输入脚）。该器件采用PQFP－100封装。其中TDI、TDO、TMS、TCLK脚为编程脚；GCLK、GOE、GCLEAR、REDIN脚为专用输入脚；VCCINT、VCCIO脚接＋5V电源；GND脚接地；I／O为用户可编程输入输出脚。在I／O脚作输出使用时，可由用户设定为0，1和Z三种状态。

    1．2 AD9054BST－135简介  

　　AD9054BST－135是一种低价位135MSPS的8位A／D转换器，其模拟输入电压峰峰值为1V，且内置2．5V参考电压，采用＋5V单电源供电，并可与TTL电平接口，具有单8位或双8位A／D转换结果输出模式，采用TQFP－44脚封装形式，其内部结构如图1所示，各管脚的定义如下：

    AIN：模拟电压输入正端；

    ：模拟电压输入负端；

    ENCODE：时钟输入正端；

　　：时钟输入负端，通常应通过电容耦合接地；

　　：输出数据模式设置引脚。该脚为1时，采用单8位A／D转换结果输出模式。该脚为0时，采用双8位A／D转换结果输出模式；

    DS：数据同步控制引脚，正脉冲输入；

    AD7～DA0：A／D转换输出；

    D B7～DB0：A／D转换输出；

    V REFOUT：＋2．5V参考电压输出；

    V REFIN：参考电压输入；

    DVD：＋5V电源输入端；

    GND：电源地。

　　使用时，如将接地，则AD9054工作于双8路数据输出模式。上电后，DA7～DA0及DB7～DB0均以二分之一的ENCODE频率（即120MHz／2）输出A／D转换结果，因此从DA7～DA0及DB7～DB0读取的A／D转换结果，无法知晓DA口与DB口的数据所对应的采样点在时序上的先后。这样，需要加一个数据同步脉冲DS信号，并让DS正脉冲的后沿后的4个时钟周期上的DA口与DB口同步有效，即在DS后沿的第2N＋1与2N＋3个ENCODE上升沿期间输出第K点采样值的转换结果；在DS后沿后第2N＋2与2N＋4个ENCODE上升沿期间输出第K＋1点采样值的转换结果（注：N≥1，K≥0，K＝0对应的采样值为DS下降沿后ENCODE第一次上升沿时刻所对应的采样输入值）。因此，在施加DS信号后就可以得知任一时刻A口数据与B口数据所对应的采样点在时间上的先后顺序，以便读取有用的A／D转换数据。

    2  系统设计原理

　　图2是基于CPLD的高速A／D采集卡的系统设计原理框图。图中，89C51送往EPM7128S的控制信号包括一个A／D启动信号SAD、一个读SRAM信号RRD和一个地址加一控制脉冲ACLK。而EPM7128S送往AD9054的信号为一个DS同步信号，送往89C51的信号为转换结束信号（接INT0）和超前触发地址串行输出信号SADR。

    EPM7128S送往61128－15SRAM的信号包括读信号RD、写信号WE、数据信号DINA0～7和DINB0～7以及地址信号ADR0～16。其中两片SRAM的地址信号共用。为了节省EPM7128S的I／O口线，可将61128－15的片选线接地。

    QA信号为外触发A／D转换控制信号。

　　在本文所介绍的A／D数据采集卡中，负延迟触发存贮深度为2k字节。上电复位后，89C51向EPM7128S发一个A／D启动信号时，EPM7128S也会发一