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2016.10.06

Cosmo-ZのADCで毎秒54Gサンプルを達成

ちょっと大げさなタイトルですが、Cosmo-ZのADCに細工をして、40~54GHzのレートで波形を取ることに成功しました。

いわゆる「等価サンプリング」というものです。

ADCのクロックをちょっとずつ、ちょっとずつずらしながら、繰り返し波形をいろいろなタイミングでサンプリングするというものです。オシロなどに入っている、あの機能です。

ZYNQでやるにはMMCMのダイナミック位相シフトというのを使います。ダイナミック位相シフトを使うと、VCOの周期の56分の1の刻みでクロックの位相をシフトできるからです。

sun

下の図をご覧ください。

これは、FPGAのI/Oから、8nsの周期で1nsの幅のパルスを繰返し出したものを、ADCでサンプリングしたものです。

Cosmozris

Cosmo-ZのADCのサンプリング周波数は、最高でも125MHzなので、8nsの間隔でしかサンプリングできないはずです。ですが、実際には1nsレベルの振動も見えています。

サンプリング速度は、ZYNQの中のVCOの速度の56倍です。この測定ではVCOは750MHzで発振させているので、42GHzでサンプリングしています。ADCクロックを80MHzにするとVCOが960MHzになるので、等価サンプリングでは54GHzでサンプリングできます。

パルスの立下りの部分を拡大してみると、

Ris100ps

と、23ns程度の間隔でサンプリングできているのがわかります。1つ1つの値は連続しているので、そんなに滅茶苦茶な結果ではありません。

sun

一方、同じ波形を40Gs/sの高速オシロで取ってみると、

Risosc

となっていたので、等価サンプリングもいい線いっていると思います。

オシロではパルスの幅が1nsで見えていますが、Cosmo-Zでは2nsくらいに鈍って見えているので、周波数帯域はだいたい500~1nsなのだと思われます。

まとめると、サンプリング速度は十分にあるけれども、ADCのサンプルホールド回路の時間や、アナログのプリアンプなどによって帯域が制限されているといえます。

詳しいことは、今月発行予定の月刊特電Vol9に書くので、お楽しみに。

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