Vivado XADC IP核 使用详解

本文介绍Vivado中XADC Wizard V3.3的使用方法。

XADC简介

XADC Wizard

Basic

• Interface Options：
  一共三种，分别是AXI4Lite、DRP、None。勾选后可在界面左侧看到相应通信接口情况。
• Startup Channel Selection
  Simultaneous Selection：同时监控两个外部通道。
  Independent ADC：XADC独立地监视外部通道，同时监视FPGA内部的电压和温度。
  Single Channel：只能选择一个通道进行监控。
  Channel Sequencer：可以选择任意数量的通道进行监控。
• AXI4-Stream Options
  Enable AXI4-Stream：勾选后使能AXI4 Stream接口。
  FIFO Depth：设置FIFO深度，范围为7-1,020。
• Timing Mode
  Continuous Mode（连续采样模式）：XADc持续采样和转换所选通道。
  Event Mode（单次触发采样模式）：通过外部触发事件CONVST或CONVSTCLK信号来启动所选通道上的转换。该模式只能用于外部通道。
• DRP Timing Options
  在DRP接口下，必须有DCLK时钟，DCLK时钟频率最高250 MHz。
  ADC转换速率最大为1 Msps。在设定Acquisition Time（采集时间）后，可以得到Actual Conversion Rate（实际转换速率）。
• Analog Sim Options
  设置模拟输入激励文件。
• Control/Status Ports
  reset_in：允许外部输入复位信号。
  convst_in：勾选该信号作为Even Mode的触发源。
  convstclk_in：勾选该信号作为Even Mode的触发源。
  Temp Bus：勾选后启用一个特殊的总线，它在每一个给定的时间间隔更新温度。
  JTAG Arbiter：允许显示JTAG状态端口（JTAGMODIFIED、JTAGLOCED、JTAGBUSY）。
  ADC Setup
  Sequencer Mode：如果XADC配置为Channel Sequencer、 Simultaneous Sampling 或Independent ADC模式，则此处可选Continuous, One-pass or Default mode。
  Channel Averaging：通道数据平均个数，可选None、16、64和256。
• ADC Calibration
  勾选以启动不同功能的校准。
• Supply Sensor Calibration
  勾选以启动不同功能的校准。
• External Multiplexer Setup
  外部多路复用器设置。如果选中，则有必要指定多路复用器（MUX）连接的外部通道。即是将内部的通道作为外部模拟输入通道来使用。
  勾选Enable muxaddr_out port选项用于使用动态重新配置使能Channel for MUX。
• Power Down Options
  控制ADCB或ADCA可以在不使用时关闭电源。只有ADCB已经关闭时，ADCA才能关闭。
  
  Alarm
  勾选不同复选框以启用对应的告警。
• Over Temperature，User Temperature Alarm
  分别设置触发和复位阈值。
• VCCINT，VCCAUX，VBRAM Alarm
  分别设置上、下告警值， 如果测量值超出这些限制，则报警逻辑输出变为活动。
• VCCPAUX ，VCCDDRO Alarm（只适应于Zynq-7000系列FPGA芯片）
  
  Channel Sequencer
  如果XADC配置为Channel Sequencer、 Simultaneous Sampling 或Independent ADC模式，通道序列器才启用。选择不同的通道进行监控，启用所选通道的平均，启用外部通道的双极模式，并增加所选通道的采集时间。
  XADC配置为Single Channel模式时，则只能设置一个通道的参数。

连续采样

连续采样模式下，仿真时序图如下。图中有几个通道，取决于IP核中所勾选的ADC通道。

单次触发采样

需要注意的是，CONVST/CONVSTCLK只启动一次转换。当使用自动通道定序器或平均时，转换的次数是序列中的通道数和被平均的样本数的乘积。

DRP时序

DRP读写操作如上图所示，当DEN为逻辑高电平时，DRP地址（DADDR）和写使能（DWN）在DCLK的下一个上升沿有效。DEN应该只在一个DCLK周期内为逻辑高电平。
如果DWE为逻辑低电平时，则执行DRP读操作，当DRDY由低变高时，所读数据在DO[15:0]总线上有效。
如果DWE为逻辑高电平时，DI[15:0]和DADDR[6:0]将在 DCLK的下一个上升沿被捕获。当数据被成功写入DRP寄存器时，DRDY信号变为逻辑高电平。在DRDY信号变低之前，不能发起新的读或写操作。

将寄存器（41H、42H、43H）中的值读取出来，仿真时序如下。

与IP核寄存器默认值一致。

同理，读取XADC的转换结果数据时，只需要读取对应寄存器位置中的数据即可。

电压转换

数据寄存器示意图如下，只有12位有效数据。

XADC的所有片上传感器都使用ADC的单极性工作模式；外部模拟输入通道，可以被配置单极性或双极性输入模式。两种输入模式的传递函数如下。

需要注意的是，外部模拟输入通道的满量程输入是1 V；而内部电源传感器的输入经过了3倍的衰减，所以对应满量程输入是3 V。

温度转换

片上温度测量结果转换公式和传递函数如下图所示。

参考资料：

ug480_7Series_XADC.pdf
pg091-xadc-wiz.pdf