1，硬件工作环境
ADC：ADS52J90。FPGA：kintex7。供电：12V/4A 直流电源。该板卡最多外接32通道2Vpp模拟信号以及20路外部触发信号。数据传输接口方式有千兆以太网接口、高速光纤接口以及低速USB串口。需要用到的工具为万用表、示波器、信号发生器。
图1：硬件PCB
2，逻辑开发环境
Vivado2017.4(但也能够兼容ise14.7)。
3，工作模式总结
小青菜哥哥开发该ADC的工作模式如***：该ADC在8通道模式下只支持LVDS模式下的10bit精度）：
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- LVDS模式
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通道数(Channel) |
采样精度(bit) |
采样率(MSPS) |
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8 |
10 |
200 |
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16 |
10 |
100 |
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16 |
12 |
80 |
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16 |
14 |
60 |
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32 |
10 |
50 |
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32 |
12 |
40 |
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32 |
14 |
30 |
3.2 JESD204B模式（该ADC的JESD204B功能不支持8通道模式）
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通道数(Channel) |
采样精度(bit) |
采样率(MSPS) |
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16 |
10 |
100 |
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16 |
12 |
80 |
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16 |
14 |
60 |
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32 |
10 |
50 |
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32 |
12 |
40 |
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32 |
14 |
30 |
4，LVDS_16通道_12bit_80MSPS数据采集开发过程
本篇将介绍该款ADC的16通道/12bit/80MSPS工作模式下的开发过程。开发过程本人按步骤总结了以下6点：
1）熟悉LVDS模式下的16通道工作原理
2）对时钟芯片编程，产生80MHz的ADC时钟
3）配置该ADC的工作模式为LVDS/16通道/12bit/80MSPS
4）开发FPGA端的ADC数据获取逻辑
5）在线chipscope调试与测试
6）利用真实信号测试
4.1熟悉LVDS模式下的16通道工作原理
小青菜哥哥在决定开发这款ADC后，首先做的第一件事就是仔细研读它的数据手册。该ADC工作在16通道时，其信号输入部分的采样原理由下图2详细给出了说明：
图2：16通道信号输入采样
该芯片内含16个AD转换器，从上图不难发现其工作在16通道模式时，每个AD转换器负责处理一路输入信号。并且该AD转换比较特殊的一点就是：每个AD转换内部都分为奇采样和偶采样，这是其他ADC所没有的，我想这么做的目的就是为了更好的实现每个AD可以处理2路输入信号，从而利用16个AD转换器就可以实现该芯片32通道的数据采集。该模式下的数据输出结构，在数据手册中也详细给出了，如下图3所示：
图3：16通道模式LVDS输出结构
我们可以看到，虽然一个ADC工作时分为奇数和偶数采样，但最终输出时已经合二为一，一个通道的采样数据最终通过一个AD输出。该模式下，从模拟信号输入到LVDS串行数据输出之间详细的映射关系如下表所示，属于一一对应：
4.2对时钟芯片编程，产生80MHz的ADC时钟
既然ADC工作在80MHz连续采样下，因此FPGA的处理时钟也应该设计为80MHz。FPGA利用板载40MHz晶振，产生配置逻辑，对LMK04826时钟芯片进行编程配置，分别产生ADC采样和FPGA系统80MHz时钟。即有输入时钟fIN=80MHz，采样时钟fSAMP=80MHz,转换时钟fc=80MHz。但是帧时钟和位时钟需要注意了：由于xilinx 7系列FPGA内部的串并转换模块ISERDES在接收DDR数据时，只支持10bit或者14bit的数据，因此当ADC工作在12bit精度时，是没办法处理的，但庆幸的是该款ADC有一个特殊功能，即当精度为12bit时，串行传输的数据通过在尾部添加2个零，可以变为14bit数据传输，因此帧时钟fFCLK=80MHz,位时钟变为fbitclk=7* fFCLK=560MHz.在FPGA端只需再移出最后两位即可。
4.3配置该ADC的工作模式为LVDS/16通道/12bit/80MSPS
该ADC芯片可以工作在多种模式下，其默认的工作模式可能不是我们所需要的模式。因此需要通过SPI配置该ADC，配置数据和地址应该严格按照数据手册给出的值确定。该ADC芯片功能很丰富，因此配置寄存器数量比较多，有一些寄存器不需要配置，保持默认值即可。我们需要做的就是了解每个配置寄存器的功能，选择需要的寄存器配置，这里需要花费大量的时间和精力。该款ADC配置的方面的内容在以前的文章已详细说明，这里略过。
4.4开发FPGA端的ADC数据获取逻辑
对于该款ADC的FPGA数据获取逻辑思路很清晰，其实就是高速源同步数据的获取，只需要利用FPGA自带的底层硬件资源ISERDES即可实现。ISERDES就是FPGA自带的高速串并转换模块，其具体定义和功能，小青菜哥哥在以前的文章中已专门说过。该数据采集模块功能图如图4所示：
图4：数据采集模块框图
下面分别介绍各个主要模块的功能：
1,DCLK模块
DCK模块的功能就是通过idelay\ISERDES\BUFIO\BUFR产生bitclk和clkdiv，使得bitclk的相位和位时钟dclk的相位对齐。其内部功能框图如图5所示：
图5：dlck
具体过程就是：首先控制模块控制Idelay延迟模块，使得dclk产生一定的延迟量。Idelay的输出再经过BUFIO和BUFR，进一步产生固定延迟，得到bitclk和clkdiv。Dclk同时还进入ISERDES模块进行串行转换，其时钟就为bitclk。控制模块一直监视iserdes的并行数据输出。随着idelay延迟量的改变，iserdes的输出也一直在变。当发现iserdes的输出为既有0又有1的状态时，说明bitclk和dclk相位对齐了。之后bitclk就可以作为fclk和data的数据采集时钟了。
2,FCLK模块
Dclk模块功能完成之后，只能保证采集到的数据的每一位都是对的，但并不知道一个14bit数据(最后2位为零)的首尾在哪，fclk模块就是用来寻找并行数据的正确起始与结束位置，因此业界也称fclk为帧时钟，但它并不是用作时钟，只用来判断data数据的位置。通过图3给出的LVDS输出时序图，不难发现：fclk进入iserdes进行串并转换后，如果输出的14bit数据为11111110000000，说明找到了正确的字符边界，在此状态下去取data从iserdes输出的并行14bit数据即可，如图6所示：
图6：fclk
fclk工作的原理就是通过bitslip不断的调节iserdes的输出，当输出为11111110000000时，该模块功能完成，bitslip的用法在iserdes的说明里很详细，前面的文章也具体介绍过~。
3,Data模块&数据输出模块
Dclk和fclk的功能完成后，该模块就只需要取数就就行了，不需要任何控制操作。然后将取到的数通过fifo同步到系统时钟域进行后续的处理，如图7所示：
图7：data
Fifo1的写入时钟为80MHz,用80MHz的系统时钟读这个fifo，读出的数据即为80MSPS采样率的全局时钟域下的模拟输入波形。由于所有的时钟都同源产生于LMK04826，所以不用担心fifo的空满问题，只需要不断读就可以~
4.5在线chipscope调试与测试
按照上面的思路和功能模块编写好代码，并利用chipscope观察输出信号。首先将ADC配置成ramp测试模式，即测试累加数据(0~4095)会取代正常采样数据，测试的波形如下图9，10所示。可以看到FPGA接收到的测试数据无误。
图8：ramp测试总体
图9：ramp测试细节
4.6利用真实信号测试采集功能
接下来，将ADC配置成正常采集模式，利用外接的信号发生器，FPGA获取到的80MHz采样波形如图10，11 ，12所示：
图10：chipscope抓取正弦波形
图11：chipscope正弦详细波形
图12：信号发生器输出波形
可以看到，信号发生器给的正弦波形频率为4MHz(250ns)，而chipscope抓取的正弦波形一个周期为20个点，chipscope的观察时钟为80MHz(12.5ns)，信号发生器给出的波形和数据采集后波形完全一致。
ADS52J90的LVDS_16通道_12bit_80MSPS数据采集模式的开发笔记就到这里，该篇最需要注意的就是12bit精度的数据要串行化成14bit进入FPGA进行串并转换，再取高12bit。下篇将是LVDS_16通道_14bit_60MSPS数据采集模式的开发笔记。
