瑞苏盈科FPGA核心板在声呐系统中的应用

前言

声纳系统使用声脉冲来探测、识别和跟踪水下物体。一个完整的声纳系统是由一个控制和显示部件、一个发射器电路、一个接收器电路和同时能作为发射装置（扬声器）和探测装置（高灵敏度麦克风）的传感器组成。

声纳系统图

技术挑战

本文讨论的声纳发射器是一个相控阵发射器，能够发射10Khz至100Khz的频率。该系统采用了一个发射器模块阵列，每个模块能够驱动8个声纳传感器。FPGA设计包含若干独特的模块：ARM处理中心（英特尔HPS）、一个波形发生器、通道接口、时钟和芯片计时、系统监控和控制以及状态寄存器。

系统框图

解决方案

该项目采用了瑞苏盈科基于Intel FPGA (Altera) Cyclone V的水星Mercury SA1 核心板（SOM）。它支持一个64K条目的任意波形发生器，并带有缩放功能。每个核心板控制八个TX数据的通道。波形发生器驱动波形进入通道模块的八个实例。这个模块的主要目的是在每个通道的基础上提供一个独特的可编程延迟。每个PCB板上有四个来自亚德诺半导体技术有限公司 (Analog Devices)的双通道数模转换器（DAC）。DAC在输入时钟的交替相位上以相同的数据位接受每个通道的数据。此外，瑞苏盈科提供了一个基于菜单的构建环境，其中包括一个BSP，以配合正在使用的核心板与瑞苏盈科的几个底板之一相配。在该开发项目的配置中，客户设计了他们的载板PCB来匹配瑞苏盈科的水星Mercury+ PE1底板。
 

FPGA 顶层框图

结论和下一步措施

通过该项目可以得出的结论是，基于核心板的系统设计方法可以节省工程时间，当一个团队不需要担心基础SOC/FPGA的设计和搭建时，他们可以更快地开始测试和调试其定制电路。FPGA代码和测试以及软件开发可以在载板PCB开始设计时开始，一旦完成，将核心板和代码转移到新的PCB是一个简单的过程。这里描述的声纳发射器包括可移植的代码，并有可能在接收器设计中重新使用。

除了水星Mercury SA1核心板，瑞苏盈科还有其他的核心板可以被考虑用来实现这一应用，例如水星Mercury ZX5。 核心板可以实现硬件系统的高度集成，大大缩短开发时间。同时，通过支持各种外围接口，可以更加快速方便地实现未来的功能更新和扩展。由于瑞苏盈科庞大的产品序列，用户可在Xilinx Kintex-7、Zynq-7000、Zynq Ultrascale+ MPSoC等系列的多款核心板模块中进行选择。瑞苏盈科的核心板模块在其系列（火星Mars、水星Mercury、仙女座Andromeda）内与其他大部分核心板管脚兼容，这意味着用户还可以规划明确的升级路径，升级换代时所付出的工程量大大减小，甚至可以在项目开发的过程中临时更改核心板型号。瑞苏盈科的FPGA核心板模块最低预期生命周期为10年以上，同时在设计硬件时着重考虑产品前瞻的可用性和性能，所有产品均可长期交付。

瑞苏盈科核心板模块系列