差分晶振在FPGA不同领域中的应用
FPGA是在PAL (可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。FPGA 在通信领域的应用可以说是无所不能,得益于 FPGA 内部结构的特点,它可以很容易地实现分布式的算法结构,这一点对于实现无线通信中的高速数字信号处理十分有利。
FPGA所能应用的领域大概可以分成以下5大类。
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人工智能领域
PART/1
目前在人工智能领域最适合做深度学习的器件就是GPU和FPGA,因为GPU和FPGA都具有快速并行处理数据的能力以及强大的训练能力。
FPGA相较于GPU有更低的功耗、更加灵活的可变的硬件架构和更强的推理能力,而且在目前这种深度学习算法尚未成熟的情况下,FPGA的软件可重构性也更适合抢占市场先机。
所以FPGA芯片能进入人工智能领域也是大势所趋。
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数字信号处理
PART/2
在数字信号处理领域 FPGA 同样所向披靡,主要是因为它的高速并行处理能力。FPGA最大优势是其并行处理机制,即利用并行架构实现数字信号处理的功能。
这一并行机制使得 FPGA 特别适合于完成 FIR 等数字滤波这样重复性的数字信号处理任务,对于高速并行的数字信号处理任务来说,FPGA性能远远超过通用 DSP 处理器的串行执行架构,还有就是它接口的电压和驱动能力都是可编程配置的不像传统的 DSP 要受指令集控制,因为指令集的时钟周期的限制,不能处理太高速的信号,对于速率级为 Gbps的 LVDS 之类信号就难以涉及。所以在数字信号处理领域 FPGA 的应用也是十分广泛的。
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通信领域
PART/3
在通信领域中FPGA的“并行处理能力、实时处理能力、强大的计算能力”都发挥了非常关键的作用。
FPGA上可以实现语音合成,纠错编码,基带调制解调,滤波器等等在通信领域至关重要的功能模块。而且dsp/cpu+fpga的也为通信领域相关功能的实现提供了有力的支持。
灵活的、可升级解决方案,解决了不断变化的标准的挑战,如WCDMA、WiMAX、TD-SCDMA和LTE。IP和参考设计,支持最新的无线电、基带和DSP连接功能标准,如CPRI、OBSAI和SRIO。业内领先的FEC解决方案,如高级Turbo编解码器算法,提高了吞吐量,降低了延迟,并削减了单位通道的成本。
所以FPGA在航空航天,雷达,5G等等通信领域都有自己的发挥空间。
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高速接口领域
PART/4
目前有很多型号的FPGA内部已经集成了serdes硬核,FPGA内部有了serdes硬核以后就可以实现非常多的高速串行通信,例如千万兆以太网通讯,pci通讯,SATA通讯,USB3.0等等。
只要通过使用FPGA内部的逻辑设计就可以驱动FPGA内部的serdes硬核去完成这些复杂的高速串口通讯处理。
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图像及视频处理领域
PART/5
由于FPGA具有强大的数据处理和运算能力,且有着软件算法不可比拟的硬件加速能力。所以很多时候在一个设计系统中一些复杂的图像处理算法和视频处理算法往往都要交给FPGA通过并行计算的方式去完成。而且FPGA可以驾驭PCIE等高速接口,这也使得FPGA作为替代软件实现算法成为了可能。
所以在图像及视频处理领域也经常会看到FPGA芯片的身影。
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总结
在FPGA设计中,时钟信号是非常重要的。它决定了各个逻辑元件之间的操作顺序和时序关系。通过使用晶振提供的稳定时钟信号,FPGA可以确保各个逻辑元件在正确的时间进行操作,从而实现预期的功能。
除了提供稳定的时钟信号外,晶振还可以用于FPGA系统中的其他功能。例如,晶振可以用作ADC(模数转换器)的采样时钟,以确保准确的模拟信号转换。晶振还可以用于通信接口,如串行通信接口(例如UART、SPI、I2C)的时钟信号。
需要注意的是,在选择晶振时,设计者需要考虑到FPGA系统的性能需求和电路设计的特点。晶振的频率应与FPGA内部逻辑电路的时钟频率匹配。此外,晶振的稳定性和抗干扰能力也是需要考虑的因素。
针对上述FPGA的特点,差分晶振,在FPGA产品中大显身手。差分晶振是指能够输出差分信号的晶振,输出差分信号使用2种相位彼此完全相反的信号,从而消除了共模噪声,并产生一个更高性能的系统。