新的夹层标准支持多GHz信号采集

生产现成 FPGA 产品的供应商面临着以最少的设计迭代提供最大灵活性的问题。因此，VITA 57（FPGA 夹层卡或 FMC）正在桥接 FPGA I/O 功能与外部世界。

FPGA继续为嵌入式子系统设计的前端提供理想的解决方案。它们用于各种应用，从连接多个模拟I/O通道（通常需要连续的多GHz采样速率）到视频或协议栈的预处理或后处理。然而，这种广泛的功能和性能范围给现成FPGA产品的供应商带来了挑战，即以尽可能少的设计变化提供广泛的灵活性。FPGA 夹层卡 （FMC） 标准 ANSI/VITA 57 通过符合未来 I/O 带宽预期的高级连接器和信令功能，将外部世界桥接到 FPGA 的 I/O 功能。

FPGA 和各种应用

虽然FPGA现在用于许多非常多样化的应用中的DSP，但具有许多并行和重复算法的应用真正受益。监控、信号情报 （SIGINT） 和电子对抗措施 （ECM） 都是需要基于 FPGA 的技术可以提供的高通道数、I/O 带宽、高性能和低延迟的示例。最新一代器件具有在基带内连续采样发射所需的速度和复杂性。要实现这一点，需要在采样A到D和FPGA之间实现数GBPS带宽。L波段位于1至2 GHz之间，是可能感兴趣的此类频段的一个例子，在8位分辨率下至少需要3G采样，相当于3 GBps输入带宽才能完全覆盖频段。低延迟对于这些类型的应用也至关重要，无论是切换到更高分辨率以优化搜索还是对某些外部事件（例如ECM系统对发射器类型的响应）做出快速反应。

断续器规格

FMC夹层的开发目的是在传感器和FPGA之间提供这种高带宽的紧密耦合，同时在非常小的空间范围内提供更高程度的I /O灵活性。FMC被许多COTS嵌入式计算供应商采用，是一种小尺寸的夹层，可以单宽或双倍宽度实现，单宽度模块的尺寸仅为69 mm x 76.5 mm（2.72“x 3”）。它在 FMC 及其底卡之间使用 160 个或 400 个引脚的高密度 I/O 连接器。该连接器支持高达 2 Gbps 的单端或差分信号，以及许多行业标准的 10 Gbps 多千兆位收发器 （MGT）。较小的连接器选项支持一个 MGT 对，而 400 针高引脚数 （HPC） 选项支持 10 对。MGT 用于高速串行传输链路，具有 FPGA 提供的协议支持。在这种作用下，FMC为铜缆和光纤之间的转换提供了理想的外形尺寸。

从FMC到其底卡的高带宽路径利用差分对。FMC与其在底卡上的相关FPGA之间的传输距离非常短，因此可以使用1 GHz时钟的两条边沿来传输数据，从而使每个差分对具有2 Gbps的带宽。 仍然保留许多对以用于附加功能或向多个FPGA提供类似的高速数据管道。FMC 与许多模块化板级标准兼容，如虚拟机、紧凑型计算机、高级 TCA 或 VPX。图 1 显示了一个 FMC 模块和一个 3U 和一个 6U VPX 板，每个板都有一个或两个由柯蒂斯-赖特控制嵌入式计算 （CWCEC） 提供的 FMC 模块站点。FMC可以采用风冷或传导冷却，以适应各种环境条件。与 XMC/PMC 标准类似，FMC 可以通过前面板边框或通过基卡和背板路由 I/O 信号，以增强可维护性。

FMC 和 XMC/PMC 虽然明显相似，但在将 FPGA 技术应用于 DSP 要求方面是互补的。XMC/PMC 模块通常在单个夹层上同时包含 A 到 D 和 FPGA，使用高速串行链路（如 PCI Express 或 串行快速 IO）将结果传输到基板以进行额外的处理或分发。然而，在某些情况下，基于 FPGA 的应用超出了 XMC/PMC 的能力，无法支持增加的 I/O 带宽、系统延迟或功耗/冷却要求。FMC更适合于SIGINT等应用，这些应用需要在基板上安装多个FPGA，具有多个多GHz路径来分配数据，或者必须容纳多个I / O功能的其他应用。一个例子是未来的多模、多光谱传感器。

审核编辑：郭婷