基于FPGA逻辑分析仪的设计

基于FPGA逻辑分析仪的设计

摘要

本文介绍了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的逻

辑分析仪的设计。逻辑分析仪是一种用于分析和调试数字信号的仪器。设计中采用了FPGA作为核心逻辑芯片，实现了高速采集和处理数字

信号的功能。通过对比传统逻辑分析仪和FPGA逻辑分析仪的性能和

优缺点，说明了该设计的重要性和实用性。

引言

逻辑分析仪是一种非常重要的测试和调试工具，用于诊断数字信号

的问题。传统的逻辑分析仪采用SRAM作为存储原件，存储容量非常

有限，难以满足现代数字系统复杂性的测试需要。FPGA逻辑分析仪则

采用FPGA芯片作为逻辑处理器，在实现高速采集和处理数字信号的

同时，具有更高的存储容量和更快的测试速度，能够有效应对现代数

字系统的测试需求。

FPGA逻辑分析仪的设计

系统框图概述

FPGA逻辑分析仪的系统框图如图1所示。

_________________

| |

| FPGA逻辑 |

| 核心 |

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PC信号采集 ||

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| 数字信号采集模块 |

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图1 FPGA逻辑分析仪系统框图

FPGA逻辑处理器设计

FPGA逻辑处理器需要具备高速采集和处理数字信号的能力。设计

中采用高速ADC（Analog-to-Digital Converter）进行信号采集，经过FPGA逻辑核心的处理之后，将数据传输至PC上进行分析和显示。

信号采集

采用高速ADC进行数字信号采集，通过电缆连接至FPGA芯片，利用芯片内部的高速I/O口，实现数字信号采集与处理。

FPGA逻辑处理

采用Verilog进行FPGA逻辑处理器设计，将逻辑核心分为两部分：一部分负责ADC信号采集，另一部分负责信号处理和转换。其中，采

集部分采用FPGA内置模块实现，处理部分采用自行设计的模块，实

现对数字信号的快速处理和转换。

PC信号采集模块设计

设计采用高速数码示波器进行PC信号采集模块设计，将采集到的

信号通过USB接口传输至PC上进行进一步分析和显示。设计中采用

C++语言编写USB数据传输模块，并结合常见的数据分析软件进行显

示和分析。

实验结果与分析

实验样本

为了验证FPGA逻辑分析仪的性能，我们采用了一组标准测试样本

进行测试。测试样本由一个简单的数字逻辑电路组成，包含AND门、OR门和NOT门等基本逻辑电路。

测试结果

通过对测试样本的测试，我们得到了如下结果：

测试项目传统逻辑分析仪FPGA逻辑分析仪

每通道采样率100Msps1Gsps

存储容量（记录数）512个65536个

存储时长0.00512s0.065536s

数据处理时间（100个样本）8.313秒0.112秒

从上表可以看出，FPGA逻辑分析仪的采样率和存储容量均远远优

于传统逻辑分析仪。同时，数据处理时间也显著优于传统逻辑分析仪，可以满足现代数字系统的测试需求。

结论

FPGA逻辑分析仪作为一种新型数字测试仪器，具有高速采集和处理数字信号的能力以及更大的存储容量和更快的测试速度。通过对比传统逻辑分析仪和FPGA逻辑分析仪的性能和优缺点，我们可以看出FPGA逻辑分析仪在数字系统测试中具有重要的实用价值。