【全网首发】ZYNQ7035核心板及高速ADC - 嘉立创EDA开源硬件平台

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专业版 【全网首发】ZYNQ7035核心板及高速ADC

简介:本工程预计开源ZYNQ7035核心板及一块8bit 1GSPS 4通道ADC模块。此次7035核心板及高速ADC为偏向高速通信,高速电子测量如1GSPS 4通道示波器。

开源协议: CC BY 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

已参加:星火计划2024

创建时间: 2024-01-29 13:19:53
更新时间: 2024-04-17 21:05:30
描述

项目说明

          本工程预计开源ZYNQ7035核心板及一块8bit 1GSPS 4通道ADC模块。上一个项目7020核心板及射频模块偏向于通用、电赛等;此次7035核心板及高速ADC为偏向高速通信,高速电子测量如1GSPS 4通道示波器。ZYNQ7035PS端为双核cortex-A9,PL端基于kintex7架构,比7020,7010的Artix7架构更优异,时序控制能力更强。

         PL端Logic Cells为275k,是7020的3倍多是7010的近10倍。其中DSP资源更是7020的4倍多,这下滤波器可以设计的更陡峭了,同时可以部署更大规模的DSP算法。同时,BRAM资源也比7020大了三倍多,ILA可以捕获更多数据了,方便调试。

          相比TB上动辄3000-4000元的ZYNQ7035,本次开源的核心板bom成本仅有几百元,为各位需要ZYNQ7035的电子爱好者们提供了有力的帮助,并且本工程算是oshwhub平台首个开源7035的了,而且!貌似是全网首发

 

          当然,不仅有ZYNQ7035核心板,此次还会开源HMCAD1511 8bit 4通道 1G采样率高速ADC模块及驱动程序。

开源协议

未经作者允许,禁止商用。转载或引用需注明原作者与工程链接

 

项目相关功能

资源介绍:

      (1)ZYNQ7035核心板PS端:板载1片DDR3,QSPI FLASH,SD卡转接芯片,千兆以太网,JTAG,UART。

 

      (2)TYPEC口说明(划重点!!):使用FT2232芯片,完成了单芯片JTAG+UART的操作,USB口使用TYPEC,含有ESD+共模滤波以及一个理想二极管防电流倒灌,再也不用调试,供电,烧录接一大堆线了(甚至还有各种古老的USB接口。。),一跟TYPEC足以!开发人员的福音~

 

      (3)电源管理:此次核心供电使用的为Vishay的SIC431,远端采样,高效率(97 % peak efficiency), 24 A供电能力。并且该器件是内部补偿的,不需要外部ESR网络来实现环路稳定性。辅助供电为TPS82130,我们的老朋友了:) 上电顺序如图所示

      (4)ZYNQ7035核心板PL端:PL端引出了一组GTX BANK  ;36对差分等长的High Performance BANK,电平为1.8v;35对差分等长的High Range BANK 电平为3.3v,共计158个io,受限于6层板没有引出更多IO,不过也足够使用了。

 

      (5)ZYNQ7035底板:这次开源了一个相配套的底板,其中HRbank都引出为PMOD接口(PMOD是好文明!),HPbank为BTB连接器引出。PS端给了一个以太网接口,2个2510供电口,一个SD卡接口,一个LDO给PMOD供电,一个电源保护IC:具有快速过压钳位、可调节过压锁定、可调节电流限制、可调节的输出压摆率控制以及过热保护。由于暂时没有测试GTX的设备,故底板没有引出GTX,有需要可自行绘制。

 

      (6)HMCAD1511:8bit 1GSPS ADC ,模拟前端为LMH6521高性能双通道 DVGA,-3dB带宽为1.2Ghz。输入阻抗为50Ω,程控增益,动态范围为31.5dB,步长为 0.5dB。板载锁相环HMC832,提供采样时钟。接口采用1.8V LVDS。板载电源管理,使用一体式DCDC及超低噪声超高PSRRLDO,并使用穿心电容滤波,输入为5V 2510接口。

项目属性

本项目为首次公开,为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

 (一)ZYNQ7035核心板:

 (1)ZYNQ芯片:正常工作,VIVADO正常连接:

 

 (2)DDR3:正常工作,0错误:

 

(3)JTAG+UART:FT2232正常工作,JTAG和UART均可正常使用。

 

(4)以太网:RTL8211正常工作,网络回环测试成果:

 

(5)固化及启动:QSPI FLASH固化成果,离线启动成果:

 

 (二)HMCAD1511:

工作正常,图一为数据测试模式,可看到各个通道均正常工作。图二为ILA采集数据导入MATLAB处理,FFT和时域波形如图所示。

 

设计说明

一、ZYNQ7035核心板:

          (1)供电部分:核心供电使用的为Vishay的SIC431,最大输出24A电流;辅助供电采用TPS82130集成电感的DCDC转换器,最大可输出3A电流,共计6个电压。上电顺序为1V0->1V8->1V2&2V0->1V5&3V3。详细参数和要求见xilinx官方手册。

核心供电测试结果为999.5mV 误差千分之0.5 。纹波为峰峰值8mV,有效值500uV,符合xilinx官方要求。

 

(2)DDR3 :DDR3采用镁光的单片MT41K256M16 单片4Gbit。

 

(3)FLASH:QSPI FLASH采用W25Q256JVEIQ(或W25Q128JVEIQ)

 

(4)SD卡转接器:SD卡转接器采用TI的TXS02612RTWR

 

(5)以太网:以太网采用REALTEK的RTL8211 

 

(6)时钟:PS采用33.3333MHZ 20ppm有源晶振,PL采用100Mhz 20ppm有源晶振。GTX采用125MHZ差分晶振(LVDS)

 

          (7)JTAG+UART:采用FT2232HQ,单片完成两个任务。

 

          (8)板对板连接器IO资源:PL端引出了一组GTX BANK  ;36对差分等长的High Performance BANK,电平为1.8v;35对差分等长的High Range BANK 电平为3.3v,共计158个io。PS引出了ETH,SD卡,JTAG,其余引脚如有需要可以通过EMIO使用PL引脚资源实现。

 

          (9)启动方式选择:提供了3种启动方式,分别为JTAG启动、QSPI FLASH启动、SD卡启动。更改可通过核心板上的拨码开关实现:

启动方式  开关1     开关2
JTAG启动 ON ON
QSPI FLASH启动 ON OFF
SD卡启动 OFF OFF

 

(10)ZYNQ芯片型号:可选择XC7Z035-FFG676 ,XC7Z035-2FFG676,XC7Z030-2FFG676,XC7Z030-FFG676

软件说明

(1)ZYNQ7035部分给出UART、RGBLED、DRAM、以太网测试工程见附件,VIVADO版本为2022.1版

 

(2)HMCAD1511的驱动工程为zynq Ultrasale +MPSOC XCZU3EG(接口定义兼容ZYNQ7035底板,有需要自行移植)见附件,VIVADO版本为2022.1版

 

实物展示 

设计注意事项

            (一)焊接zynq核心板时建议现焊接好电源,测试电源电压正常,启动顺序正常之后再焊接穿心电容以及其他芯片,防止芯片因电源不正常而损坏。

 

            (二)焊接钢盖ZYNQ7035芯片建议用BGA焊台,不建议单风枪焊接,或者选择嘉立创SMT直接贴好。

 

            (三)焊接顺序建议:电源-BGA芯片-正面外围电路-反面电容电阻-各连接器。

 

            (四)焊接完成后可通过烧录附件中的RGBLED测试程序验证。

 

            (五)FT2232HQ程序烧录:注意,FT2232改为JTAG+UART是需要程序支持的,未烧录情况下无法使用。对于vivado2022版本,自带对FT2232的支持,根据以下步骤即可完成程序烧录:

               (1)打开vivado(随便一个工程),连接核心板typec(插上线)。

               (2)打开设备管理器检查是否有新的usb设备插入,如果没有,说明硬件有问题。正常情况下如图,提示有USB Serial A,B连接

 

               (3)打开vivado的TCL,输入 program_ftdi -write -ftdi FT2232H -serial 0ABC01 -vendor "my vendor co" -board "my board" -desc "my product desc"  回车发送,等待一会后显示 INFO: FTDI Programming Passed 及完成了程序的烧录,此时将FT2232 A口配置为JTAG,B口配置为UART。然后你就可以愉快的使用ZYNQ7035啦~

 

            (六)出于对USB口的保护,防倒灌的理想二极管耐受电流选择在了2.5A位置,此时整版功率限制为12.5W,如需更高功率,通过底板供电即可。一般来说,10W对于ZYNQ7035完全足够。

            (七)ZYNQ7035核心板为嘉立创6层板盘中孔工艺,3133叠层,阻抗选免费的±20%即可。HMCAD1511 为4层板7628叠层。

工程附件说明:

  (1)由于上传50M限制,测试程序将发在百度网盘:ZYNQ7035测试程序 提取码:SDMY

(2)详细演示和说明视频将发在B站,链接见评论区置顶,工程附件为ZYNQ7035从FLASH启动视频。

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
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工程视频/附件
序号 文件名称 下载次数
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bdbcaa8f77137efb8ef0d0363851c013.mp4

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