FMC HPC采集卡ADS54J60 FMC 1G 16bit 4通道 采集子卡 FMC子卡 原理图&PCB&代码 FPGA源码 高速ADC 可直接制板

这年头玩高速信号采集，没块趁手的FMC子卡还真不好意思说自己混过硬件圈。今天咱们来唠唠这款ADS54J60为核心的采集卡，直接上硬菜——实测1Gsps采样率下四个通道同步飙车，16bit精度稳如老狗。

硬件设计这块，老司机们肯定懂电源和时钟是命门。原理图里给ADC供电的LDO必须用超低噪声的LT3045，这货的0.8μV RMS噪声指标实测比某些开关电源低两个数量级。PCB布局时直接把ADC的AVDD和DVDD电源平面用磁珠隔离，注意看这个蛇形走线的时钟差分对没？阻抗控制在95Ω±2%的误差带，实测眼图张开度比官方参考设计还漂亮三分。

代码里最骚的操作在SPI配置部分。ADS54J60这ADC的寄存器配置需要精准的时序控制，看这段Verilog的状态机：

case(spi_state) IDLE: if(init_start) begin spi_clk <= 0; shift_reg <= {8'h34, 16'h00}; // 写寄存器地址0x34 bit_count <= 23; spi_state <= SHIFT; end SHIFT: begin spi_clk <= ~spi_clk; if(!spi_clk && bit_count>0) begin shift_reg <= {shift_reg[22:0], 1'b0}; bit_count <= bit_count - 1; end if(bit_count == 0) spi_state <= DONE; end endcase

这个手动实现的SPI控制器精确控制每个时钟边沿，比用IP核更灵活。特别注意地址相位后的16bit数据段需要插入2个周期的等待时间，手册里这个时序要求坑过不少萌新。

FPGA侧的JESD204B接口才是重头戏。上板实测时发现眼图正常但链路就是不稳定，最后发现是lane对齐没做好。祭出杀手锏——在ILA里抓取!SYNC信号边沿，配合这个对齐检测状态机：

always @(posedge rx_clk) begin case(align_state) WAIT_SYNC: if(!sync) begin align_cnt <= 0; align_state <= CHECK_ALIGN; end CHECK_ALIGN: begin if(align_cnt < 32) begin if(rx_data[7:0] == 8'hFC) align_good <= 1; align_cnt <= align_cnt + 1; end else begin if(align_good) align_state <= DONE; else align_state <= ADJUST_DELAY; end end endcase end

这段代码实现的是传说中的逗号检测，配合Xilinx的IDELAYCTRL动态调整采样点。实测在1.6Gbps线速率下，调整精度能控制在±10ps以内，比官方例程的盲调方案靠谱多了。

最后说个血泪教训：调试时千万别直接怼满1Gsps，先降频到200Msps验证数据通路。某次手贱直接全速运行，结果DDR3控制器猝不及防直接崩盘。后来改成用AXI-Stream接的FIFO缓冲方案，看这个参数配置：

create_ip -name axis_data_fifo -vendor xilinx.com -library ip -version 1.1 \ -module_name adc_fifo -dir ./ set_property -dict [list CONFIG.TDATA_NUM_BYTES {8} \ CONFIG.FIFO_DEPTH {4096} \ CONFIG.HAS_TKEEP {0} \ CONFIG.HAS_TLAST {0}] [get_ips adc_fifo]

这个4096深度的异步FIFO实测能扛住20ms的突发数据，配合DMA搬数据时CPU中断频率从kHz级降到百Hz级，系统负载直降80%。实战中用过都说好，谁用谁知道。

板子打样回来建议先做这两个测试：用信号源输入-0.5dBFS的正弦波，看FFT频谱里SFDR能不能到85dBc以上；四个通道同时输入同频信号，用Python脚本算通道间相差，正常应该小于0.1度。符合这两项基本可以开香槟——这板子成了！