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基于DSP和PCB研发设计的振镜激光标记系统

文章出处:http://www.feeltek.cn/ 日期:2016-03-04 人气:

激光振镜系统将高速PCI总线与高速DSP处理器相结合,配以高精度的数模转换模块,实现了一套高速高精度的控制系统,并将其成功的运用到振镜激光标记系统。振镜激光标记系统充分利用了DSP的高速处理能力和内部的高精度定时器,分担了PC机的实时性任务,从而实现了PC机与DSP控制板卡的优势互补,实现了实时性标记,保证了标记质量的均匀性。本文还给出了DSP控制板卡在PCB设计阶段的注意点,该板卡已在生产实际中投入使用,具有较好的稳定性和抗干扰性。
 
激光振镜系统将高速PCI总线与高速DSP处理器相结合
 
一、PC机与DSP的通信
PCI 总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看,PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线,具体由一个桥接电路实现对这一层的管理,并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲,使之能支持10种外设,并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术,允许智能设备在需要时取得总线控制权,以加速数据传送。PCI总线相比起ISA总线,有传输速度快,传输量大的优点。
 
本系统选用TMS320C6205,该芯片自带了符合PCI2.2规范的PCI总线桥接功能,开发者免去了PCI协议的硬件和软件实现,给系统设计带来了便利,缩短了开发周期,也节省了开发费用。开发者只需将PCI插槽上的总线信号和DSP芯片上相关的PCI总线信号直接相连即可。带“金手指”的DSP控制板卡可以直接插在PC机的PCI卡槽中使用,实现PC机与DSP之间的通信。PCI设备可以访问所有的内部RAM空间、外设和外部存储器空间。
 
DSP控制板卡使用的PCI总线宽度为32为(3.3V),总线频率为33MHz,传输速率为33×32/4MB/s = 132MB/s 。此传输速率为整个系统能实现高速运行提供了保障。
 
二、CPLD逻辑控制
 
整个高速系统的逻辑控制是通过高速CPLD芯片来实现的。选用ALTERA公司的MAX7128E芯片实现,可用编程逻辑门为2500,宏单元数128,逻辑阵列块数8,用户可定义I/O脚100个,pin-to-pin延时为5ns。MAX7000系列器件可以通过编程器进行编程,也可以在线编程。本设计采用了在线编程(ISP)。
 
ISP允许在设计开发过程中迅速方便地重复编程,简化了制作过程,允许器件在编程之前就先装配到印制板上。
 
系统设计中LED信号灯、FLASH、DA芯片、16路I/O光电隔离接口、模拟开关、Q开关、PWM输出、软件复位控制都使用了CE1空间的地址,为了防止这些器件的互相干扰,必须对输入地址进行译码。通过判断输入到CPLD的PA[2:6]和PA[16:21]可以知道DSP正在访问的地址区域,进行CE1空间的地址译码,从而产生相应的控制信号,以实现逻辑控制和时序控制。
 
三、PCB设计
 
该激光振镜控制板卡选用主频200MHz的高速DSP处理芯片,高速信号系统中,存在EMC问题,将影响系统的性能。为了设计出一块稳定,抗干扰性能好的控制板卡,采取了以下措施:
 
1、板层的合理安排
该控制板卡为六层板,板层设计为(从顶层到底层依次)信号层-地层-电源层-信号层-地层-信号层。这样的板层结构安排,使每一个信号层和电源层都紧邻一个地层,给信号提供一个较短的回流路径。
 
2、时钟信号线的处理
PCI时钟信号的一半要靠反射波来提升,因此,时钟信号CLK走线长度近似为2500 mil,走蛇形线实现(此点在PCI2.2规范的走线要求中有明确规定)。对于DSP芯片,晶振电路尽量靠近DSP芯片,且时钟信号尽量短。
 
3、SDRAM相关信号线的处理
SDRAM工作频率为100MHz,在高频下,信号的传输时间和信号的走线长度有直接的关系,已不能忽略此问题。因此SDRAM的数据线和地址线要等长走线,以保证信号传输的质量。另外,串扰和振铃问题在高频下也极易出现,对SDRAM和DSP接口的控制信号和数据、地址总线信号,在源端串接匹配电阻以提高信号传输质量,保证SDRAM在高频下能正常工作。
 
4、数模电路的隔离处理
控制板卡上有数字电路和模拟电路,在布局时,必须考虑数模电路的隔离问题,尽量将数字电路和模拟电路分块布局,避免数字信号走线跨越模拟电路区域,以防止两块电路间的相互干扰。另外数字电路和模拟电路通过0欧电阻一点共地。
 
5、电容的使用
在每个数字芯片的电源引脚旁边放置一个1.01uF的去耦电容。

编辑:菲镭泰克