FPGA驱动AD9240实现AD转换

• 一、前言
• 二、时序原理
• 三、代码设计
• 四、结果验证

一、前言

在做项目中，经常会用到AD转换模块。前段时间做毕业设计的时候需要用到FPGA驱动AD9240模块实现模拟数据的采集和转换，尽管相对来说AD9240算比较简单的驱动模块，但是也想记录下分析和设计过程。

二、时序原理

首先通过芯片手册可以看到AD9240是14位，最高速率可达10Mbps的模数转换器件。然后就是重要的时序转换图：

可以看出：

在采样时钟第一个周期的上升沿芯片对当前模拟输入进行采样，然后在采样时钟第四个周期的下降沿完成模拟数值的转换和输出，这意味着整个输出的转换采样值滞后采样时钟4个周期。如果需要将模拟值与转换值相对应，这个延迟是需要注意的。

根据时序参数要求，可以知道：

1、最小的Clock Period为100ns，符合最大的10M转换速率

2、由于高速分辨率的A/D对输入采样时钟的质量很敏感，AD9240的输入时钟占空比应该满足45%~55%,对于时钟低于10M的情况，可以偏离这个范围，但必须满足t${CH}$和t$$的要求。

一般对于AD9240的电路设计如上，通过模拟信号单独输入到VINA中，然后CLK由FPGA提供，BIT1~BIT14为转换输出的14为数值。OTR为溢出标志位，代表输入数据是否低于或超过转换范围，一般不需要这个接口信号。

三、代码设计

由此可以设计FPGA驱动代码如下：

module AD9240
(
    input clk,
    input n_rst,
    input adc_otr,//if(数据超过范围)：1 else:0
    input adc_clk,
    input [13:0] AD_data_in,
    
    output reg [15:0] AD_data_out
    
);

reg [1:0] adc_clk_delayed;

always @(posedge clk or negedge n_rst ) //将采样时钟进行打拍
begin
       if(n_rst==1'b0)
            adc_clk_delayed <=2'b00;
       else
            adc_clk_delayed <={adc_clk_delayed[0],adc_clk};
end

wire fallingedge_adc_clk=(adc_clk_delayed==2'b10);

always @(posedge clk or negedge n_rst) 
begin
    if(n_rst==1'b0)
        AD_data_out <=16'd0;
    else if(fallingedge_adc_clk==1'b1)
        AD_data_out <={2'b00,AD_data_in};//补齐为16bit,以便ram的存储及usb通信
    else
        AD_data_out <=AD_data_out;
end

endmodule

值得注意的是：

1、输入adc_clk要满足时序参数要求

2、由于一般存储单位不为14bit，所以再得到转换数据后将其不全为16bit得到AD_data_out

四、结果验证

根据芯片手册的数据格式输出可知：

由于这里的参考电压为2.5V，则其输入范围为-2.5V~2.5V，实际电压V的转换式子为：
$V=(ADDATA-8192)/8192*2.5$
最后通过输入不同幅值频率的正弦波，方波等进行验证可判断采样正确与否。