卫星数据链开发平台设计方案：522-基于AD9988的四通道1G带宽卫星数据链开发平台

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一、卫星数据链综
      卫星通信是卫星互联网的重要应用之一，主要指通过或借助卫星进行数据通信，可广泛应用于移动用户、远程操作、及相关前沿应用领域。卫星通信产业链主要涵盖卫星制造、运载发射与地面设备等基础设施建设，及其运营服务。

      商业航天卫星市场*（主要为低成本近地轨道卫星）快速扩张，现已成为市场发展的驱动力，与之形成对比的是限制多、成本高、海拔高的地球同步轨道(GEO)卫星。随着这些市场变化的出现，主要的问题之一是需要多少辐射加固。如今，大批量商业航天市场不能承担成本较高、要求严格、耐辐射，并且符合航天标准的“传统”芯片、元件和设备，并且通常也不需要。

      基于1G带宽的卫星数据链是未来6G移动通信的核心技术，以ADI公司AD9988为基础的射频收发平台， 完美解决了 Sub-6G 的通信问题，以 Transceiver 为基础可以向上扩频到 X, KA .KU 频段，以下先讲解 KA 频段卫星通信解决方案。采用 AD9986的接收机和发射机卫星通信系统，整个方案 Sub-6G 模块可以固定，只需要切换射频前端就能实现不同频段的扩频通信。

      该方案推动商业航天卫星产业发展

●  更低的发射成本

●  体积更小、重量更轻、价格更加低廉的航天器

●  对现代IC技术和新功能的需求

●  对近地轨道任务和更大卫星群的重视

●  需要缩短产品上市时间

二、FMCJ469-基于AD9988的四路4 GSPS@ 12 bit,四路12 GSPS@16 位4T4R 射频FMC子卡

2.1 产品详情

      用户指南介绍了 AD9081-FMCA-EBZ、AD9082-FMCA-EBZ、AD9986-FMCB-EBZ 和 AD9988-FMCB-EBZ 评估板，它们提供操作各种模式和配置下的 AD9081、AD9082、AD9986、AD9988 、AD9207、AD9209 或 AD9177 所需的所有支持电路。还介绍了用于与套件接口的应用软件。这些评估板连接到 ADI 公司的 ADS9-V2EBZ，以使用 ACE 软件进行评估。

      该评估板还可以与 Xilinx® 或 Intel®的市售现场可编程门阵列 (FPGA) 开发板连接。“AD-FMC-SDCARD 的使用”部分提供了有关如何使用这些平台来评估 AD9081 或 AD9082 的信息。

      ACE 软件允许用户在各种模式下设置 MxFE®，以捕获模数转换器(ADC) 数据进行分析。DPGDownloaderLite 软件（包含在 ACE 安装中）生成矢量，并将其传输到数模转换器 (DAC)，然后可以将其发送到频谱分析仪，进行进一步分析。如需了解更多信息，请参阅 AD9081、AD9082、AD9986、AD9988、AD9207、AD9209 或 AD9177 数据手册和 UG-1578（套件用户指南），使用评估板时，必须同时参考用户指南。

优势和特点

●  AD9988 的全功能评估板

●  带有分析、控制、评估 (ACE) 软件的 PC 控制软件。 由 HMC7044 管理套件和 FPGA 时钟提供板载时钟。

●  选择切换到外部直接时钟

2.2 AD9988芯片概述

      AD9988 是一款高度集成的套件，具有四个 16 位、12 GSPS 最大采样率、RF 数模转换器 (DAC) 内核，以及四个 12 位、4 GSPS 速率、RF 模数转换器 (ADC) 内核。该套件通过 4T4R 配置，支持 4 个变送器通道和 4 个接收器通道。该产品非常适合四天线 TDD 变送器应用，在该应用中，接收器路径可以在接收器和观察模式之间共享。可以配置和切换 GPIO 引脚，以支持不同的用户模式，同时保持相位一致性。在 4T4R 配置中，支持的最大射频通道带宽为 1.2 GHz，采样分辨率为 16 位。AD9988具有一个 16 通道 24.75 Gbps JESD204C 或 15.5 Gbps JESD204B 串行数据端口，其中每个变送/接收链路最多可支持八个通道，还有一个片内时钟乘法器，并具有针对直接面向 RF 射频应用的多频带的数字信号处理能力。


2.21 优势和特点

●  灵活的可重新配置无线电通用平台设计

●  变送器/接收器通道带宽高达 1.2 GHz (4T4R)

●  RF DAC/RF ADC 射频频率范围高达 7.5 GHz

●  具有多芯片同步功能的片内 PLL

●  外部 RF 时钟输入选项

●  多种数字特性

●  可选的插值和抽取滤波器

●  可配置的 DDC 和 DUC

●  8 个细调复数 DUC (FDUC) 和 4 个粗调复数 DUC (CDUC)

●  8 个细调复数 DDC (FDDC) 和 4 个粗调复数 DDC (CDDC)

●  FDUC 和 FDDC 是可完全置于旁路的

●  每个 DUC 或 DDC 都有 2 个独立的 48 位 NCO

●  可编程 192 抽头 PFIR 滤波器，用于接收均衡

●  支持通过 GPIO 加载的 4 种不同的配置文件设置

●  接收 AGC 支持

●  用于快速 AGC 控制，具有低延迟的快速检测

●  用于缓慢 AGC 控制的信号监控器

●  专用 AGC 支持引脚

●  发射 DPD 支持

●  每个发送数据路径的可编程延迟和增益

●  DPD 观察路径的粗调 DDC 延迟调整

●  支持实数或复数数字数据（8、12 或 16 位）

2.2.2 辅助特性

●  具有可选分频比的 ADC 时钟驱动器

●  功率放大器下游保护电路

●  片内温度监控单元

●  可编程 GPIO 引脚支持模式间的切换

●  TDD 省电选项和共享 ADC

●  SERDES JESD204B 或 JESD204C 接口，16 个通道，速率高达 24.75 Gbps

●  8 通道 JESD204B/C 变送器 (JTx) 和 8 通道 JESD204B/C 接收器 (JRx)

●  支持子类 1

●  支持多套件同步

●  15毫米××15毫米、324 球 BGA，间距 0.8 毫米

三、523-（ZCU102兼容卡）基于 XCZU15EG的双 FMC处理板

3.1 板卡概述

      本板卡基于Xilinx Zynq Ultrascale+ MPSOC系列SOC XCZU15EG-FFVB1156架构，PS端搭载一组64-bit DDR4，容量32Gb，最高可稳定运行在2400MT/s，1路USB3.0接口、1路千兆网络接口、1路DP接口，2路RS232,2路Can接口。板卡具有自控上电顺序，支持多种启动模式，如Nor Flash启动，EMMC启动，SD卡启动等。PL端接一组64-bit DDR4，容量32Gb，最高可稳定运行在2400MT/s；接双FMC连接器，1组连接8个GTH，LA，HA，HB总线，1组连接8个GTH，LA总线。另有2路40G QSFP光纤接口。设计满足工业级要求，可用于高速信号处理、车载雷达信号处理等领域。实物如图所示：



图 1：ZU15EG板卡实物图




图 2:ZU15EG板卡原理框图



3.2 技术指标

●  PS端挂载一簇DDR4，数据位宽64-bit，容量32Gb，最高可稳定运行在2400MT/s；

●  PS端挂载两片QSPI x4 NorFlash，每片容量512Mb，用于系统配置程序存储；

●  PS端挂载挂一片EMMC，64Gb容量，可用于系统配置程序存储；

●  PS端外挂SD卡接口，最大支持搜索8192个文件数，可用于系统配置程序存储；

●  PS端外接Display Port接口，支持Display Port 1.2a协议标准，仅支持对外输出；

●  PS端外接一路千兆以太网接口，支持10/100/1000Mbps速率传输；

●  PS端外接一路USB3.0接口，最大速率可达5Gbps；

●  PL端挂载一片SPI接口的DataFlash，容量16Mb，可用于存储系统参数信息；

●  PL端通过SPI外接两组独立CAN FD控制器，CAN FD接口最高速率可达5Mbps；

●  PL端外接2路QSFP+接口，最高支持40Gbps数据传输速率；

●  PL端外接2组FMC总线，支持1组8个GTH，LA，HA，HB总线，另外1组8个GTH，LA总线；

●  板卡外接两路RS232接口，由PS端UART转出，可用于系统调试及状态信息打印；

●  板卡留有多路用户自定义测试IO管脚；

●  板卡留有一组4位用户自定义拨码开关；

●  板卡芯片全部采用工业级芯片；

3.3 软件内容

●  PS端QSPI加载测试代码；

●  PS端EMMC加载测试代码；

●  PS端SD卡加载测试代码；

●  PS端Display Port接口测试代码；

●  PS端USB3.0接口测试代码；

●  PS端DDR4读写测试代码；

●  PS端千兆网口收发测试代码；

●  PS端UART接口读写测试代码；

●  PL端SPI接口的DataFlash读写测试代码；

●  PL端QSFP+接口ibert模式测试代码；

●  PL端CAN FD接口测试代码；

●  其它GPIO信号连通性测试代码；

3.4 物理特性

●  工作温度：商业级 0℃ ~ +55℃，工业级-40℃~+85℃

●  工作湿度：10%～80%

3.5 供电要求

●  单电源供电，整板最大功耗：30W

●  电压：+12VDC±10%@5A

3.6 应用领域

●  高速信号处理、车载雷达信号处理等。

3.6.1 产品应用

●  无线通信基础设施

●  W-CDMA、LTE、LTE-A、大规模多输入多输出（MIMO）

●  点对点微波、E 波段和 5G mmWave

●  宽带通信系统

●  DOCSIS 3.0+ 电缆调制解调器终端系统 (CMTS)

●  通讯测试与测量系统