數(shù)字IO卡是采集數(shù)字IO信號的儀器，其功能類似于邏輯分析儀。北京坤馳科技公司的M2i.7011數(shù)字IO卡有16、32與64bit版本可選，且在16bit與32bit版本中高采樣率可達125MS/s。板卡具備高2GB板載內存，在FIFO下，板卡持續(xù)流模式傳輸速度可達160MS/s，可滿足大部分使用需求。
在本次應用實驗中經過對過程中問題的分析、解決，實現(xiàn)了對藍牙信號的采集。
1 environment setup
我們可以根據(jù)m2i.7011的datasheet中的管腳定義，可以清晰的找到數(shù)字IO信號、時鐘CLK信號、數(shù)字地信號GND等。
基于m2i.7011是大32bit的IO可以使用，用戶需要20bit的數(shù)字IQ信號，其中包括I路信號10bit，Q路信號10bit，還有1路clk輸入信號，外加GND數(shù)字地信號。
下圖是ADC采集的信號，用xilinx的chipscope軟件抓的ADC芯片量化出來的數(shù)據(jù)，可以看到采集的波形很平滑。
用Agilent 16822A Logic Analyzer測試ADC量化的10bit信號，如下圖所示，因為邏輯分析儀有電平判決，ADC 1.8V CMOS電壓也可以兼容，而且可以設置采樣的邊沿可以選擇rising edge還是falling edge，再加上邏輯分析儀的電纜線可以做到屏蔽性好、等長等特性。
下圖是用邏輯分析儀，直接分析ADC量化的10bit的數(shù)據(jù)，不經過FPGA處理。
2 io level
我們可以從m2i.7011數(shù)字IO卡的datasheet中，可以知道，IO卡對于高低電平的判決是高于2.0V當成高電平1來處理，低于0.8V當成低電平0來處理。
The high level ≥2.0V
The low level ≤0.8V
m2i.7011對于高低電平的判決是datasheet寫的是3.3V，5V的TTL電平標準。
即使我們把輸入阻抗impedance調節(jié)成110ohm，電壓是2.5V還是不兼容1.8V。
但是采集藍牙信號的ADC芯片輸出的是1.8V的CMOS電平，這樣電平不一致將導致IO卡無法預知高低電平的信號，一般高電平對于數(shù)字信號來說是1，低電平是0。如果無法正確的預判是1還是0，對于數(shù)字IO卡來說，就會采集不到正確的0和1的值。
所以，需要把ADC的數(shù)據(jù)先進入FPGA，進行電平轉換，轉換成3.3V的電平，為了和IO卡匹配。轉換完之后，需要把FPGA的的管腳引到IO口的插針上，但是引到IO插針上的時候，用Agilent的邏輯分析儀，采集原理和IO卡一樣，就是多了電平判決和采樣時鐘沿的選項，這樣可以應對許多種IO信號。m2i.7011卡，電平不可以可選，m4i.77xx是可以選擇電平標準的，m2i.7011默認是上升沿采集信號，不能使用下降沿采集信號。
LEADCORE公司的ADC芯片設計比較怪異，因為一般ADC芯片，TI或者ADI的ADC，量化ADC數(shù)據(jù)adcdata的時候，會有dclk，所謂dclk就是和adcdata一起同步出來的信號，這樣時鐘和數(shù)據(jù)都是同步的，但是LEADCORE公司的ADC芯片只有adcdata，沒有隨路時鐘dclk，他們選擇的方式是FPGA這邊直接給1個16MHz的時鐘，16MHz的時鐘使用xilinx公司的virtex-5信號DCM，產生同頻率，相位分別為0°，90°，180°，270°的16MHz時鐘，xilinx virtex-5芯片的DCM產生時鐘，報低能產生32MHz的時鐘，但是產生16MHz的時鐘，拿示波器量確實是16MHz，可能是xilinx的一個bug。
DCM產生的4個時鐘里面，有1個或者2個，可以讓dclk和adcdata盡量的滿足setup time和hold time，保證采集的數(shù)據(jù)在時序上沒有violation。這樣就能避免出現(xiàn)下圖的現(xiàn)象：
實際測試，發(fā)現(xiàn)沒有了IO delay的錯誤，反而多了一個周期性的干擾的毛刺，而且毛刺的位置非常固定。拿Agilent Logic Analyzer測試10bit的IO數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在1個周期的sinus波形里有個周期性的干擾。
后再拿m2i.7011數(shù)字IO卡，測試，采集完存成bin文件，用MATLAB觀察，現(xiàn)象和Agilent的邏輯分析儀現(xiàn)象一致。
再仔細觀察突變的位置，剛好是512左右，我們再分析10bit的數(shù)據(jù)1000000000是512，也就是說剛好高位從0到1翻轉的過程中突變了，導致1變成0，導致數(shù)據(jù)突然下跌。
我們知道，對于數(shù)字電路來說，10bit的數(shù)據(jù)，在邏輯里面如果經過D觸發(fā)器，10bit的數(shù)據(jù)要發(fā)生翻轉都在在時鐘的上升沿或時鐘的下降沿，因為D觸發(fā)器屬于邊沿觸發(fā)器。對于邊沿比較敏感。
那10bit的數(shù)據(jù)，就需要10個D觸發(fā)器，每個觸發(fā)器存1bit的值，那如果是由時鐘邊沿引起的第10bit的數(shù)據(jù)，周期性的翻轉受干擾，那我們就用上面DCM產生的4個相位的時鐘，分別試驗。
如果4個時鐘都是同樣的現(xiàn)象，就可以定位是硬件上的問題了。
終，經過試驗，發(fā)現(xiàn)是ADC芯片引出的IO上有問題，所以更換了IO，重新采集。可以采集到平滑的sinus波形。
3 bluetooth signal
使用Agilent基于移動領域的WiMAX矢量信號源MXG，產生藍牙信號包，藍牙包里可以疊加噪聲。
使用Rohde&Schwarz公司的無線通信CMW270，可以統(tǒng)計藍牙包的誤報率。
當把一切環(huán)境都搭建好，可以使用m2i.7011采集數(shù)字IO信號了，數(shù)字IO卡使能的bit數(shù)可以從datasheet知道。
8bit、16bit、32bit，因為采集IQ兩路總共需要20bit，還需要1bit GND和1bit CLK，所以需要使能32bit的IO，采樣時鐘選擇外時鐘16MHz。
下圖是使用m2i.7011采集的IQ藍牙包IO波形。
同樣用Agilent的邏輯分析儀看到藍牙包是一包一包出現(xiàn)的。
我們使用chipscope抓取藍牙包，使用MATLAB把采集的32bit的IO數(shù)據(jù)進行解析，會看到IQ兩路的藍牙包。
藍牙包根據(jù)不同的疊加噪聲會有不同的時域表現(xiàn)。
4 summary
北京坤馳科技的數(shù)字IO卡基于采集的是數(shù)字IO信號，每個IO口對應1bit的數(shù)據(jù)，其功能類似于邏輯分析儀，IO卡的優(yōu)點在于體積小，可攜帶，可插與普通電腦或者便攜式機的PCIE或PCI插槽使用，接口形式示采集卡是PCI還是PCIE接口。數(shù)字IO卡支持可編程，支持多個IO，多可使用64個IO口，相比于Agilent 16822A邏輯分析儀，邏輯分析儀缺點是數(shù)字IO口少，只支持16個數(shù)字IO口和1個CLK和1個GND，無法滿足2路IQ產生的20bit數(shù)字信號。
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