SDRAM在任意波形发生器中的应用

摘要：随着任意波形发生器工作频率的不断提高，为了精确表达复杂信号，使用ＳＲＡＭ作为波形存储体已不能满足容量上的要求。介绍了一种基于ＳＤＲＡＭ的设计方案，能有效解决这一问题。文中重点讨论了一种简化ＳＤＲＡＭ控制器的设计方法。
　　关键词：任意波同步动态存储器可编程逻辑器件
　　
　　任意波形发生器在雷达、通信领域中发挥着重要作用，但目前任意波形发生器大多使用静态存储器。这使得在任意波形发生器工作频率不断提高的情况下，波形的存储深度很难做得很大，从而不能精确地表达复杂信号。本文介绍的基于动态存储器（ＳＤＲＡＭ）的设计能有效解决这一问题，并详细讨论了一种简化ＳＤＲＡＭ控制器的设计方法。
　　
　　１任意波形发生器的总体方案
　　
　　工作频率、分辨率和存储长度是任意波形发生器最关键的三个性能参数。高的工作频率意味着高的输出信号频率和带宽，高的分辨率通常意味着高的信噪比，而存储长度决定了信号的精确程度。下面介绍的方案是笔者实际开发的一款任意波形发生器／卡（如图１所示），它的工作频率为３００ＭＨｚ，分辨率为１４位，存储长度为８Ｍ字，现已得到了广泛地应用。
　　
　　该电路主要有两种工作状态：写数据状态和读数据状态。下面简单描述其工作过程。
　　
　　写数据状态：ＣＰＵ根据所要设计的波形计算波形数据，并转换成１４位的无符号数；打开总线开关，屏蔽ＦＩＦＯ操作，在ＳＤＲＡＭ控制器的配合下，将波形数据通过接口电路交替写入ＳＤＲＡＭ１和ＳＤＲＡＭ２中，即ＳＤＲＡＭ１中依次存放数据０,２,４,６．．．；ＳＤＲＡＭ２中依次存放数据１,３,５,７．．．（如表１所示）。
　　
　　表1SDRAM中的数据存放格式
　　
　　地址SDRAM1SDRAM20D0D11D2D32D4D5………
　　读数据状态：开启ＦＩＦＯ通道，关闭总线开关以断开ＳＤＲＡＭ与ＣＰＵ之间的数据连接；在ＳＤＲＡＭ控制器的控制下，将ＳＤＲＡＭ１／２中的数据同时（并行）读出；经过ＦＩＦＯ的缓冲得到连续的数据流，再经３２位向１６位的并串转换，将数据速率提升２倍后，供给ＤＡＣ进行数－模转换，即可得到所编辑的信号。
　　
　　图１中用两片ＳＤＲＡＭ并行工作，是因单片ＳＤＲＡＭ不可能提供３００ＭＳＰＳ的数据流。实际使用的器件是Ｋ４Ｓ６４１６３２Ｃ－ＴＣ６０，工作时钟为１６６ＭＨｚ。ＦＩＦＯ缓存ＳＤＲＡＭ的输出数据，将突发数据流转换成连续数据流，使得在ＳＤＲＡＭ处于刷新状态时，仍能维持正常的数据输出。实际使用的器件是两片并行工作的ＩＤＴ７２Ｖ２６３Ｌ６ＰＦ，写入时钟为１６６ＭＨｚ，读出时钟为１５０ＭＨｚ。并串转换的作用是提升数据的速率，在ＤＡＣ器件内部完成，笔者采用具有良好动态性能的ＡＤ９７５５ＡＳＴ。ＣＰＵ及控制接口是一个基于ＰＣ的ＩＳＡ设备，可改进为ＰＣＩ设备；时钟电路用来产生１６６ＭＨｚ和１５０ＭＨｚ的同步时钟。下面重点研究ＳＤＲＡＭ控制器的设计，它是本系统的主要特色之一。
　　
　　２ＳＤＲＡＭ控制器的设计
　　
　　２．１ＳＤＲＡＭ的主要特点
　　
　　与静态存储器（ＳＲＡＭ）相比，ＳＤＲＡＭ的容量大（通常是几倍至几十倍的关系）；与ＤＤＲＳＤＲＡＭ或ＲＤＲＡＭ相比，它的控制又相对简单，因而它依然是大容量存储器工程项目的良好选择。下面描述的几个重要基本概念反映了它的主要特点。
　　
　　行列地址：ＳＤＲＡＭ的地址是行列复用的，此举有效减少了芯片的引脚。
　　
　　预充电：读写操作只对预充电过的行有效。也就是说，在数据读写操作跨行时，需要先进行至少一次的预充电操作。
　　
　　自动刷新：众所周知，只要是动态ＲＡＭ，就存在刷新问题，ＳＤＲＡＭ也不例外。通常每隔６４ｍｓ需要将所有存储单元刷新一遍。
　　
　　自刷新：当需要保留芯片内的数据，而暂时又不需要操作时，可以设置芯片进入自刷新状态。
　　
　　工作模式寄存器：控制ＳＤＲＡＭ工作方式的寄存器。
　　
　　２．２ＳＤＲＡＭ的状态流程
　　
　　ＳＤＲＡＭ的完整状态机由１７个状态构成，且状态转移是非随机的（如图２所示）。正是如此众多的状态及其复杂的转换关系，导致ＳＤＲＡＭ的控制较为复杂。
　　
　　需要特别说明的是，ＳＤＲＡＭ的状态转移有自动转移与人工转移之分（图２中以粗细箭头加以区别）。自动转移在当前状态结束后立即进入下一个状态；而人工转移在当前状态结束后即停留在当前状态，只有一条当前状态允许的命令才能进入下一个状态。
　　
　　可以想象，自行设计如此复杂的控制流程绝非易事。值得庆幸的是，在大

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