随着FPGA成为数字通讯设计领域（移动电话基地台、卫星通讯和雷达）可行的高效能信号处理选项，分析与除错工具有必要采用新的技术，以协助您在最短的时间内让电路达到最佳的效能。

虽然可以找到能连接仿真与RF模拟信号的信号分析工具，但具备量测FPGA次电路信号质量（频谱、I-Q星状图及错误向量幅度）的能力也很重要。于是安捷伦整合旗下的89601A向量信号分析（VSA）软件与逻辑分析仪产品，推出全新的数字VSA工具。当结合Xilinx ChipScope Pro Agilent Trace Core时，这项工具可以在FPGA设计内的任何位置迅速而容易地执行信号分析。

本文将介绍此工具组合的运作方式，以及该工具如何协助您使基于Xilinx的DSP电路发挥最大的效益。

数字VSA

VSA采用基于快速傅立叶变换（FFT）的数据处理技术，将时域和频域的显示与量测结合在一起。(图一)是一典型的VSA显示画面。虽然这个显示画面具有相当大的弹性并可任意配置，但主要成分不外I-Q星状图（左上方）、幅度频谱（左下方）、错误向量（右上方）和量测（右下方）。EVM值会在量测部分显示，其为调变信号质量的重要指针。

计算EVM时必须先从撷取到的数据萃取I-Q符号，这些符号是星状图中由QPSK、QAM或其他调变模式所定义的格点。从量测信号萃取出来的符号序列可用来产生一个理想（理论上是完美的）信号，亦即“参考”信号。每个量测信号都必须与参考信号比较，而两者的差异即为错误向量。（此错误可包含I和Q，亦即幅度和相位成分）。结合单次撷取的各个错误向量，即构成一次EVM量测。

《图一 VSA显示画面》

这个分析软件原本是为了分析模拟RF信号而设计，但却以独立于硬件且基于PC的软件套件形式来开发。由于安捷伦的逻辑分析仪同样是基于PC，所以很容易延伸VSA软件使其与逻辑分析仪结合。

数字基频与IF信号是模拟信号的代表。这些信号一开始就属于数字性质，而非使用能将信号数字化的仪器来启动FFT分析（就像RF信号分析仪一样）。这些模拟信号的数字版本可在逻辑分析仪中以图表形式的波形显示，其与示波器显示画面很类似，如(图二)所示。

当同步取样总线，且取样率符合Nyquist需求时，逻辑分析仪会撷取「曾经是」或「即将是」模拟信号的正确版本。

《图二 数字总线的图表显示》

FPGA动态测试探棒

将FPGA动态测试探棒搭配ChipScope Pro分析仪使用，不必重新编译便能存取DSP设计的任何部分。(图三)是一个简化的数字无线电发射器设计，其结合Agilent Trace Core 2（ATC2）。此核心是一个切换多任务器，可利用ChipScope Pro Core Inserter将其纳入设计中，这个动作通常会在合成后进行。在插入核心时，必须选择要连接追踪核心的内部网络，以及要连接多任务器输出的实体焊垫。接着电路板上的这些焊垫会绕递到逻辑分析仪测试探棒。

逻辑分析仪可经由JTAG来控制FPGA（下载位档及选择信号槽）。选择新的信号槽时，逻辑分析仪会自动重新配置，以对应目前连接到测试探棒的网络的名称。

设计范例──QAM16调变器

在Xilinx DSP应用工程师协助下，使用Xilinx System Generator for DSP来演示一个小型的Virtex-II组件（XC2V250-FG256）设计。这项工具使DSP设计的进行变得既快又容易。在设计（图三的方块图）中包含了一个25MHz的符号编码器、一个带有24条路径和4X内插的根升余弦滤波器（输出速度为100MHz）、以及含25MHz本地振荡器的IF调变阶段。

《图三 数字总线的图表显示》

在Xilinx DSP应用工程师协助下，使用Xilinx System Generator for DSP来演示一个小型的Virtex-II组件（XC2V250-FG256）设计。这项工具使DSP设计的进行变得既快又容易。在设计（图三的方块图）中包含了一个25MHz的符号编码器、一个带有24条路径和4X内插的根升余弦滤波器（输出速度为100MHz）、以及含25MHz本地振荡器的IF调变阶段。

在System Generator设计中整合ATC2核心

将此设计编译成VHDL之后，插入ATC2核心。为使出现在逻辑分析仪显示器上的信号名称更合乎逻辑，用手动的方式稍微编辑VHDL。（只要在System Generator中谨慎选择网络名称，就可省掉此步骤。）接着从上层对象连接大部份感兴趣的网络到输出埠，让网络名称的长度不致超出逻辑分析仪的屏幕。

attribute keep：string；

attribute keep of i_symbol：signal is "true"；

attribute keep of q_symbol：signal is "true"；

建立一个含有四个信号槽的ATC2核心，每个信号槽有48个信号。使用ATC2核心的2X TDM选项（每次对一个焊垫上的两个信号进行时间分割），则FPGA上只需要25个封装焊垫（一个用于频率，其余24个用于数据）。如此便可以存取192个信号，但实际上只需查看约92个信号：

时域、逻辑与VSA量测

逻辑分析仪使用同步取样（或状态模式）来撷取ATC2核心的输出，这表示数据是从ATC2输出频率的每个边缘取样。设计的电路中有两个时钟速率－RRC滤波器前的符号数据为25MHz，滤波器后的所有部分为100MHz。ATC2核心的每个核心只支持一个频率，所以有两个选项可供除错：

这两个频率具有相关性，而且其中一个频率是另一个的整数倍数，因此只能对速度较慢的总线进行过度取样。如果过度取样并不理想，逻辑分析仪可以使用每四个取样就储存一个的设定，如此便能以每25MHz频率一个取样的速度来准确撷取25MHz总线。

因为多任务器中有额外的信号，所以能重复探测一些感兴趣的信号。举例来说，在信号槽0中的滤波器前有I和Q符号，在RRC滤波器后也有I成分。因此可以在逻辑分析仪中执行一些时域分析，以量测滤波器中的波群延迟，如(图四)所示。两个光标指出了一个常见的信号特性：宽广又平坦的顶部，而光标量测显示画面则指出间隔为250 ns。

探测感兴趣的电路部份之后，对信号执行向量信号分析，并量测RRC滤波器与IF调变阶段的质量。

《图四 滤波器波群延迟量测》

观察滤波前的QAM16 I-Q符号，如(图五)所示，可以看到包含16个取样点的QAM星状图（左上方图表）。由于每个符号一个取样点，所以在星状图各个取样点之间的线条都是直的。频谱（左下方图表）的中心位在0Hz，并有一个25MHz带通，而且在相邻信道中还出现了功率。RF信号中并不适合出现相邻信道功率，这正是使用基频滤波器的原因。

《图五 未滤波的QAM16符号》

在ATC2核心中选择一个不同的信号槽（由逻辑分析仪控制），即可对基频滤波器后的IQ信号进行分析，如(图六)所示。现在频谱的旁带已被移除，而量测显示画面（在右下象限）指出EVM为0.5％。下回当RF小组抱怨基频设计有错误时，可以举出此量测来证明问题并非出在滤波器。

《图六 滤波过的IQ基频数据》

在许多数字无线电设计中，这个IQ信号如今都已被转换成模拟信号，但还是在相同的FPGA内部，以数字的方式来执行IF调变。切换FPGA动态测试探棒中的信号槽，便可存取数字IF信号（同样不必执行另一次合成及配置与传递步骤），如(图七)所示。请注意，频谱和I-Q星状图大致相同，只不过这次的中心点大约在25MHz。EVM值有点高，这表示必须使用较高质量的本地振荡器或另一个滤波器阶段。

《图七 数字IF信号》

P-Si的直线偏亮度异方特性

数字IF信号

将Xilinx System Generator和ChipScope Pro分析仪，搭配安捷伦的逻辑分析仪和VSA软件使用，便可以对Xilinx FPGA内部的数字基频与IF信号执行实时而深入的分析。这么做不但节省时间，也能消除对于仿真与真实硬件间差异的疑虑。此工具组合还能协助与RF设计小组的成员沟通，了解他们的语言并使用相同的分析软件，而不必管信号的格式为何（模拟、数字、基频或RF）。