ALINX 产品手册

外观

FL9781四通道DA输出子卡用户手册

Four Channel DA Output FL9781 User Manual ​

编制 Author审核 Reviewer批准 Approver
姓名 Name
日期 Date
修订履历表
REVISION RECORD
序号 No版本
Revision		状态 Status修订说明
Revision Description		发行日期 Date编制人 Author批准人 Approver
1V1.0First Release2023-10-22LUOAVIC
2V1.1Added AXP110 Demo2024-01-08XIE
3V1.2Added AXP390 Demo2024-01-09XIE

注：“状态”是指文档状态 ，如：“草稿”,“释放”,"基线"。

1. FMC 四通道高速 DA 模块介绍 Introduction of FMC FL9781 Module ​

ALINX FL9781 为 4 通道高速 DA 模块 ，每路 DA 为 14 位， 500MSPS 转换率的数字转模拟信号。 FMC 模块的 DA 转换采用了 2 片 ADI 公司的 AD9781芯片 ，每个 AD9781芯片 支持 2 路 DA 输出 ，所以 2 片 AD9781芯片一共支持 4 路的 DA 输出。模拟信号输出的电压范围为-350mV~ +350mV ，接口为 SSMC。

FL9781 支持外部触发信号输入，也是 SSMC 接口；时钟模式支持内部参考时钟输入， 外部参考时钟输入 ，时钟选择可通过 SPI 总线配置。

FL9781 的电气和机械设计依据 FMC 标准（ANSI/VITA 57.1), 为标准的 LPC 的 FMC 接 口 ，用于连接 FPGA 开发板， FMC 的连接器型号为：ASP_134604_01

FL9781 模块实物照片如下：

图片展示了一块FL9781四通道DA输出子卡的实物，其电路板上分布着多个电子元件，包括多个DA模块、芯片、电阻和电容等。电路板左侧有多个金色的接头，右侧则有一个黑色的接口。图片在文档中用于直观展示FL9781模块的外观和内部结构，帮助读者更好地理解其电气和机械设计。

FL9781 模块实物图

1.1 FMC FL9781 模块的参数说明 Parameter Description ​

以下为 FL9781 高速 DA 模块的详细参数:

模拟输出：

输出耦合方式：交流耦合；

DA 输出路数：4 路， 14bit, 500MS/s 更新率；

输出阻抗 ：50 Ohm

全量程输出电流 ：8.66mA~31.66mA（默认 20mA

输出幅度范围 ：-350mV~ +350mV

模拟信号输出接口 ：SSMC 接口；

时钟/触发

外部时钟输入： 1 路；

外部触发/同步信号： 1 路输入, 3.3V LVCMOS 或 LVTTL；

FMC 接口

支持 LPC 或 HPC：

数字接口电平标准： LVDS 电平 1.8V 或者 2.5V

配置接口 ：SPI 接口；

工作环境

工作温度 ：-40° ~85° ;

功耗小于 6W；

1.2 FL9781 模块的结构图 ​

图片内容：该图展示了FL9781四通道DA输出子卡的尺寸结构图，其中包含两个主要部分：左侧为模拟输出接口，右侧为数字接口。模拟输出接口有四个通道，每个通道由多个引脚组成，尺寸为57mm x 61mm。数字接口部分则包含多个引脚和电路元件，尺寸为69mm x 63mm。此外，图中标注了各部分的具体尺寸，如模拟输出接口的尺寸为57mm x 61mm，数字接口的尺寸为69mm x 63mm。 图片作用：该图在文档中用于直观展示FL9781四通道DA输出子卡的尺寸结构，帮助读者更好地理解其硬件布局和尺寸比例，为后续的安装和使用提供参考。

FL9781 高速 DA 模块尺寸结构图

1.3 FL9781 模块的原理框图 ​

图片内容：该图展示了FL9781四通道DA输出子卡的原理框图，其中包含两个14位双通道DA芯片AD9781，分别通过LVDS接口接收来自FMC/LPC连接器的LVDS信号，并通过SPI接口与AD9518时钟芯片通信。每个DA芯片的输出通过变压器转换为SSMC接口，并连接到DA1至DA4输出。此外，外部时钟输入和外部触发/同步信号也通过SSMC接口连接到AD9518。图片在上下文中起到解释FL9781模块内部结构和工作原理的作用，帮助读者理解其功能和连接方式。

关于 AD9781的电路具体参考设计请参考 AD9781的芯片手册。

1.4 接口描述 ​

  1. 外部触发输入接口

外部触发输入支持 LVTTL/LVCMOS 3.3V 电平输入方式 ，通过板上的电平转换芯片转换 成 VADJ 的电平后 ，连接到 FMC 连接器管脚输入到 FPGA 芯片。

图片展示了一个外部触发输入电路图，包括一个SSMC连接器（J15）和一个SN74LVC1T45DBVR芯片。电路中，触发信号通过电阻R586和R587进行分压，然后连接到芯片的引脚1和引脚2。此外，电路还包括一个电容C234和一个电容C225，用于滤波和稳定电源。该电路图在上下文中用于说明外部触发输入接口的工作原理，特别是如何通过电平转换芯片将LVTTL/LVCMOS 3.3V电平输入转换为VADJ电平，以连接到FPGA芯片。

  1. AD 输出接口

FL9613 设计输出为交流耦合方式 ，用中心抽头变压器作为电流输出 DAC 的输出接口， 变压器耦合可在 DAC 输出于最终负载间实现直流隔离 ，有助于抑制 DAC 输出端存在的共模 信号。最高输出信号可达 300Mhz, 输出阻抗为 50 欧姆 ，模拟信号的范围为 0.7Vp-p。

图片展示了一个带变压器耦合的平衡电流输出DAC电路图。图中包括一个DAC模块，通过数字代码输入产生电流I_A和I_B，电流通过电阻R_0和变压器耦合到负载RL。变压器的初级和次级绕组通过匝数比1:N进行耦合。此电路图在文档中用于说明FMC FL9781四通道高速DA模块的时钟输入部分，具体展示了内部时钟和外部参考时钟的连接方式及其通过变压器耦合到负载RL的过程。

  1. 时钟输入

板上时钟产生模块选用 ADI 公司的 AD9518-3 芯片 ，设计使用内部 VCO ，VCO 的频率 范围为 1.75G~2.25G； 内部时钟和外部参考时钟通过程序来切换；时钟模块配置通过连接到 FMC 的 SPI 总线实现。

内部参考时钟默认焊接 25M 晶振 ，连到 AD9518 的 REF1 脚；外参考时钟通过变压器转 换成差分连到 CLK+-脚。

图片展示了一个时钟输入模块的电路图，其中包含一个25MHz的晶体振荡器（OSC 25MHz）作为内部参考时钟，通过REF1和REF2输入到开关和监控模块（SWITCHOVER AND MONITOR）。模块内部包含一个可编程的锁相环（PLL）和一个压控振荡器（VCO），用于生成和切换时钟信号。时钟信号通过多个分频器（DIV/Φ）分配到多个输出端口（OUT0至OUT5），并连接到AD9518-3芯片。该电路图详细描述了时钟输入模块的内部结构和信号流程，为用户手册中的时钟输入部分提供了直观的参考。

1.5 FMC 连接器接口定义 Interface Definition ​

FL9781 模块的 FMC 接口为标准的 LPC ，下面只列了 FMC 接口上电源和 DA 芯片接口的信号 定义 ，GND 的信号没有列出 ，具体用户可以参考原理图。接口定义如下：

Pin NumberSignal NameDescription
C35+12V12V 电源输入
C37+12V12V 电源输入
D32+3.3V3.3V 电源输入
D8P1_DCI_PDA1 通道 LVDS 的数据时钟输出-P（跟输出数据对齐）
D9P1_DCI_NDA1 通道 LVDS 的数据时钟输出-N（跟输出数据对齐
G6P1_DCO_PDA1 通道 LVDS 的转换时钟输入-P
G7P1_DCO_NDA1 通道 LVDS 的转换时钟输入-N
G18P1_D0_PDA1 通道 LVDS 的数据 0 输出-P
G19P1_D0_NDA1 通道 LVDS 的数据 0 输出-N
C18P1_D1_PDA1 通道 LVDS 的数据 1 输出-P
C19P1_D1_NDA1 通道 LVDS 的数据 1 输出-N
H19P1_D2_PDA1 通道 LVDS 的数据 2 输出-P
H20P1_D2_NDA1 通道 LVDS 的数据 2 输出-N
D17P1_D3_PDA1 通道 LVDS 的数据 3 输出-P
D18P1_D3_NDA1 通道 LVDS 的数据 3 输出-N
H16P1_D4_PDA1 通道 LVDS 的数据 4 输出-P
H17P1_D4_NDA1 通道 LVDS 的数据 4 输出-N
G15P1_D5_PDA1 通道 LVDS 的数据 5 输出-P
G16P1_D5_NDA1 通道 LVDS 的数据 5 输出-N
C14P1_D6_PDA1 通道 LVDS 的数据 6 输出-P
C15P1_D6_NDA1 通道 LVDS 的数据 6 输出-N
D14P1_D7_PDA1 通道 LVDS 的数据 7 输出-P
D15P1_D7_NDA1 通道 LVDS 的数据 7 输出-N
H13P1_D8_PDA1 通道 LVDS 的数据 8 输出-P
H14P1_D8_NDA1 通道 LVDS 的数据 8 输出-N
G12P1_D9_PDA1 通道 LVDS 的数据 9 输出-P
G13P1_D9_NDA1 通道 LVDS 的数据 9 输出-N
D11P1_D10_PDA1 通道 LVDS 的数据 10 输出-P
D12P1_D10_NDA1 通道 LVDS 的数据 10 输出-N
H10P1_D11_PDA1 通道 LVDS 的数据 11 输出-P
H11P1_D11_NDA1 通道 LVDS 的数据 11 输出-N
G9P1_D12_PDA1 通道 LVDS 的数据 12 输出-P
G10P1_D12_NDA1 通道 LVDS 的数据 12 输出-N
C10P1_D13_PDA1 通道 LVDS 的数据 13 输出-P
C11P1_D13_NDA1 通道 LVDS 的数据 13 输出-N
C22P2_DCI_PDA2 通道 LVDS 的数据时钟输出-P（跟输出数据对齐）
C23P2_DCI_NDA2 通道 LVDS 的数据时钟输出-N（跟输出数据对齐
D20P2_DCO_PDA2 通道 LVDS 的转换时钟输入-P
D21P2_DCO_NDA2 通道 LVDS 的转换时钟输入-N
H34P2_D0_PDA2 通道 LVDS 的数据 0 输出-P
H35P2_D0_NDA2 通道 LVDS 的数据 0 输出-N
H37P2_D1_PDA2 通道 LVDS 的数据 1 输出-P
H38P2_D1_NDA2 通道 LVDS 的数据 1 输出-N
G36P2_D2_PDA2 通道 LVDS 的数据 2 输出-P
G37P2_D2_NDA2 通道 LVDS 的数据 2 输出-N
G33P2_D3_PDA2 通道 LVDS 的数据 3 输出-P
G34P2_D3_NDA2 通道 LVDS 的数据 3 输出-N
H31P2_D4_PDA2 通道 LVDS 的数据 4 输出-P
H32P2_D4_NDA2 通道 LVDS 的数据 4 输出-N
G30P2_D5_PDA2 通道 LVDS 的数据 5 输出-P
G31P2_D5_NDA2 通道 LVDS 的数据 5 输出-N
C26P2_D6_PDA2 通道 LVDS 的数据 6 输出-P
C27P2_D6_NDA2 通道 LVDS 的数据 6 输出-N
H28P2_D7_PDA2 通道 LVDS 的数据 7 输出-P
H29P2_D7_NDA2 通道 LVDS 的数据 7 输出-N
G27P2_D8_PDA2 通道 LVDS 的数据 8 输出-P
G28P2_D8_NDA2 通道 LVDS 的数据 8 输出-N
D26P2_D9_PDA2 通道 LVDS 的数据 9 输出-P
D27P2_D9_NDA2 通道 LVDS 的数据 9 输出-N
H25P2_D10_PDA2 通道 LVDS 的数据 10 输出-P
H26P2_D10_NDA2 通道 LVDS 的数据 10 输出-N
G24P2_D11_PDA2 通道 LVDS 的数据 11 输出-P
G25P2_D11_NDA2 通道 LVDS 的数据 11 输出-N
D23P2_D12_PDA2 通道 LVDS 的数据 12 输出-P
D24P2_D12_NDA2 通道 LVDS 的数据 12 输出-N
H22P2_D13_PDA2 通道 LVDS 的数据 13 输出-P
H23P2_D13_NDA2 通道 LVDS 的数据 13 输出-N
G21P1_SPI_CSBDA1 芯片的 SPI 通信片选信号
G22P2_SPI_CSBDA2 芯片的 SPI 通信片选信
G2FMC_CLK_CS时钟芯片的 SPI 通信片选信
G3FMC_SPI_CLKSPI 通信时钟信号
H4FMC_SPI_SDOSPI 通信数据信号
H5FMC_SPI_SDIOSPI 通信双向数据信号
H7TRIG_IN触发输入信号
C34GA0EEPROM 地址位 0 位
D35GA1EEPROM 地址位 1 位
C30SCLEEPROM 的 I2C 时钟
C31SDAEEPROM 的 I2C 数据
G39VADJVADJ 电源输入
H40VADJVADJ 电源输入

2. 支持的开发板 Supported Development boards ​

ALINX 很多开发板都带有 FMC LPC 接口或者 HPC 接口 ，所有的带 FMC 接口的开发板 都支持 FL9781 模块。以下的开发板已经提供了 FL9781 模块的例程

移植程序的开发板有：

编号开发板型号FMC 连接器
1AX7325/AX7325BJ7
2AX7350J15
3AX7450J7
4AXKU040FMC2（ J6）
5AXKU041FMC2（ J2）
6AXKU042FMC2（J13）
7AXU4EV-PJ41
8AXU5EV-PJ41
9AXU9EGJ7
10AXU15EGJ7
11Z7-PJ13
12Z19FMC2（J33）
13Z19-PFMC2（J19）
14AXP110J9

3. 硬件连接和测试 ​

FL9781 模块和 FPGA 开发板的硬件连接很简单 ，只要把 FMC 接口跟开发板的 FMC 接 口对插就可以 ，然后用螺丝固定。我们这边使用 SSMC 转 BNC 的线连接到一路 DAC 输出到示 波器。以下为黑金 Z19 开发板(FMC2)的和 FL9781 的硬件连接图：

图片内容：图片展示了一块ALINX品牌的FL9781四通道DA输出子卡，其上标有“FL9781 1.0”字样。子卡通过FMC接口与开发板连接，右侧有多个金黄色的连接端口。开发板上有一个黑色的散热风扇，左侧有多个接口和电路板。图片在上下文中起到展示硬件连接图的作用，帮助读者理解FL9781子卡与开发板的连接方式。

开发板上电 ，连接 JTAG ，Vivado 软件里下载 bit 测试程序。在示波器里就可以看到 DA 输出的正选波波形。

图片显示了一台Tektronix TBS2000X系列数字示波器的屏幕，屏幕上显示了一个正弦波形。屏幕左下角显示了波形的参数，包括100mV的垂直偏移和1.053ms的水平偏移。这表明示波器正在测试DAC输出的正弦波形。图片在上下文中用于展示使用SSMC转BNC的线连接到一路DAC输出到示波器后，可以在示波器上看到DA输出的正选波波形。

以下为黑金 AXP110 开发板 FMC 接口和 FL9781 的硬件连接图：

图片展示了黑金Z19开发板（FMC2）与FL9781四通道DA输出子卡的硬件连接图。开发板上电后，通过JTAG连接，使用Vivado软件下载bit测试程序，可以在示波器上看到DA输出的正弦波波形。图片中的开发板和子卡通过黑色和黄色的线缆连接，子卡上标有“ALINX”字样，显示其品牌。图片在上下文中起到直观展示硬件连接和测试效果的作用，帮助读者理解开发板与子卡的连接方式及其在实际测试中的表现。

开发板上电 ，连接 JTAG， Pds 软件里下载 bit 测试程序。在示波器里就可以看到 DA 输 出的正选波波形。

图片显示了一台Tektronix TBS2000X系列数字示波器的屏幕，屏幕上展示了四条不同颜色的波形曲线，分别标记为CH1、CH2、CH3和CH4。波形曲线的参数如电压、频率和偏移量等在屏幕下方的参数框中清晰显示。图片在上下文中用于展示黑金AXP110开发板FMC接口和FL9781的硬件连接图，通过在示波器中观察DA输出的正弦波形，验证硬件连接的正确性。

以下为黑金 AXP390 开发板 FMC 接口和 FL9781 的硬件连接图：

图片内容：图片展示了一台示波器，屏幕上显示了两个正弦波形，其中一条波形被标记为“正选波”。示波器连接着一个带有多个接口的电路板，电路板上有一个红色的LED灯亮起，旁边还连接着一个带有红色指示灯的设备。图片中的电路板和示波器是硬件连接和测试的一部分，用于验证DA输出的正选波波形。 图片作用：这张图片展示了黑金AXP110开发板FMC接口和FL9781的硬件连接图，说明了在开发板上电并连接JTAG后，通过Pds软件下载bit测试程序，可以在示波器中看到DA输出的正选波波形。

开发板上电 ，连接 JTAG， Pds 软件里下载 bit 测试程序。在示波器里就可以看到 DA 输 出的正选波波形。

图片显示了一台Tektronix TBS2000X系列数字示波器的屏幕，屏幕上显示了四条不同颜色的正弦波形，分别标记为C1、C2、C3和C4。每条波形的参数如幅度、频率和相位都清晰可见。图片在上下文中用于展示黑金AXP110和AXP390开发板FMC接口与FL9781硬件连接后的DA输出波形，通过示波器可以观察到DA输出的正弦波形，从而验证硬件连接的正确性。

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