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Abgeschlossenes Projekt

FPGA-basierte Signal

Eine Hochleistungs-Digitalsignalverarbeitungsplattform auf Basis der Lattice-FPGA-Architektur für Echtzeit-Datenerfassung, -filterung und -spektralanalyse bei GHz-Geschwindigkeiten.

FPGA Signal Processing System
2.4
GHz-Takt
16
ADC-Kanäle
8
Filterstufen
14
Wochen bis zur Fertigstellung

Systemarchitektur

Signaleingabe

16-Kanal-ADC-Frontend mit Antialiasing-Filtern und programmierbaren Verstärkern

FPGA-Kern

Lattice ECP5 mit Pipeline-DSP-Blöcken und benutzerdefinierten VHDL-IP-Kernen

Verarbeitungskette

FIR/IIR-Filter, FFT-Engine und digitaler Downconverter mit konfigurierbaren Parametern

Analyseausgabe

Echtzeit-Spektralanzeige mit Datenprotokollierung und Frequenzbereichs-Visualisierung

Kernfähigkeiten

GHz-Verarbeitung

Parallele Pipeline-Architektur mit 2,4 GHz effektivem Durchsatz und deterministischer Latenz unter 10 Nanosekunden.

Konfigurierbare Filter

Zur Laufzeit programmierbare FIR- und IIR-Filterkoeffizienten für Bandpass-, Tiefpass-, Hochpass- und Kerbkonfigurationen.

Echtzeit-FFT

Hardwarebeschleunigte 4096-Punkt-FFT mit Fensterfunktionen für Live-Spektralanalyse und Frequenzmessung.

Mehrkanaliger Sync

Phasengekoppelte Abtastung über alle 16 ADC-Kanäle mit Sub-Nanosekunden-Synchronisationsgenauigkeit.

Tiefer Speicher

DDR3-Puffer mit 2 GB kontinuierlicher Signalerfassung mit Ringpuffer und getriggertem Erfassungsmodus.

Standardschnittstellen

SPI-, UART- und Gigabit-Ethernet-Schnittstellen für Konfiguration, Steuerung und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung.

FPGA Board
FPGA-Entwicklungsboard – Individuelles Design
PCB Layout
Leiterplattenlayout
Signal Analysis
Signalanalyse

Entwicklungsprozess

01
Architekturdesign

Systemspezifikation der DSP-Pipeline, Datenflusseanalyse und FPGA-Ressourcenschätzung mit Yosys + nextpnr.

02
HDL-Entwicklung

VHDL-Codierung benutzerdefinierter IP-Kerne einschließlich FIR-Filter, FFT-Engine und ADC-Schnittstellencontroller.

03
Leiterplattendesign

6-lagige Leiterplatte mit kontrollierten Impedanzleiterbahnen, Stromintegrationsanalyse und Hochgeschwindigkeitssignalführung.

04
Simulation und Verifikation

GHDL + GTKWave Verhaltens- und Zeitsimulation mit Testbenches für alle Betriebsmodi.

05
Hardware-Validierung

Onboard-Tests mit kalibrierten Signalquellen zur Messung von SNR, THD und Verarbeitungslatenz.

Projektergebnisse

Verarbeitungsdurchsatz2.4 GHz
Signal-Rausch-Verhältnis72 dB
Filtergenauigkeit99.2%
Energieeffizienz3.2W
Kanalisolierung85 dB
Tech-Stack
Lattice ECP5 VHDL Yosys + nextpnr GHDL + GTKWave KiCad Python SPI DDR3 Gigabit Ethernet GNU Octave Verilog JTAG

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