第四十一章：双路AD实验
本文对应原书第1075页起，第五篇「实战篇」。
本章在讲什么？（先看这个）
上一章我们用双路 DA 输出了两路波形，本章补齐另一半：ATK_DUAL_HS_AD 模块，板载一颗 3PA1030 ——10 位分辨率、50MSPS 采样率的双通道高速 ADC。实验任务是用信号发生器给两路 ADC 分别输入正弦波和三角波，FPGA 采集后通过 ILA 观察波形数据，并按电压对应关系估算信号峰值。
这是学习高速采集卡（示波器、数据采集系统）的最小雏形：芯片采集 → FPGA 接收 → 上位工具显示。
核心概念拆解
3PA1030 芯片特点
3PA1030 是 10 位双通道高速流水线型 ADC：
- 采样率 50MSPS，每通道独立采集；
- 数据接口：每通道 10 根数据线（DB0~DB9）+ 时钟；
- 一个关键控制脚：OE（输出使能）——本实验中必须将 OE 引脚置低电平，ADC 的输出数据总线才会有效。初学者最容易漏掉这个细节，导致 ILA 一直抓到高阻态/全 0 数据。
与 AD9280 一样属于流水线结构，数据相对采样事件有若干周期的固定延迟，分析波形时需注意。
硬件连接
模块通过扩展口接开发板，与 ch37 相同的扩展口体系（见 /images/zynq/ch37/ch37_p0982_00937_db3955cefd0832ae.png）。两路模拟输入通道分别接信号发生器的 CH1/CH2 输出。
时钟规划：50MHz + 180 度偏移
PLL 输出 50MHz 主时钟驱动 ADC，同时输出一路相位偏移 180 度的时钟供 ILA 采样。与 ch37 的 120 度偏移思路一致：让 ILA 的采样沿避开数据变化沿，获得足够的建立保持余量。不同模块、不同布线下最佳偏移角度可能不同，这是高速设计需要实测调优的地方。
程序架构
设计非常简单：顶层 hs_dual_ad 例化 PLL 和 ILA，ADC 的两路 10 位并行数据直接引到 ILA 的探头上，相当于把 ILA 当"软件示波器"用。没有额外的处理逻辑，重点是学会看数据。
数据与电压的换算参考时序图旁边的电压对应表：图 41.1.4 给出了正弦波模拟电压值与 10 位数据的对应关系，例如峰值数据对应约 +4.5V、谷值对应约 -4.5V（第一路正弦），据此可以从 ILA 数据反推实际输入幅度。
下载验证与波形解读
- 信号发生器 CH1 输出正弦波（如 1MHz、±4.5V），CH2 输出三角波（如 ±2.5V），分别接入两路 AD 输入；
- 下载比特流，打开 ILA，设置 Analog 显示方式（与 ch37 相同的 Analog Settings 配置）；
- 观察 ILA 波形：第一路 ad_data1 应显示正弦形状，数一下一个周期内的点数可反推输入频率；第二路 ad_data2 是三角波。
实验书中给出的解读方法值得学习：一个正弦周期内的采样点数 × 采样间隔 = 输入信号周期。例如 50MSPS 下抓到 50 个点一个周期，则信号频率为 1MHz。
图片对照
- 芯片资料：图 41.1.1（模块硬件结构）、图 41.1.2（3PA1030 内部功能框图）、图 41.1.3（时序图）、图 41.1.4（电压-数据对应表）。
- 硬件：图 41.2.1（模块实物图）、图 41.2.2（3PA1030 原理图）。
- IP 配置：图 41.4.3（Clocking Options）、图 41.4.4（Output Clocks）。
- 上板：图 41.5.1（实物连接图）、图 41.5.2（信号发生器与模块连接）、图 41.5.3（信号发生器设置）、图 41.5.4~41.5.7（ILA 抓取的四张波形图）。
初学者容易踩的坑
- OE 引脚悬空或拉高：数据总线没有使能，ILA 抓到的全是乱码或全 0。务必确认 OE 置低。
- ILA 采样时钟用同相时钟：50MHz 高速数据下建立保持余量极小，必须用 PLL 的 180 度偏移时钟抓取，否则波形"毛刺"不断。
- 信号发生器输出幅度超过 ADC 量程：超出输入范围的信号会被削顶，看到平顶"正弦"不要以为是芯片坏了。
- 忘记数点算频率：ILA 里的横轴是采样点不是时间，频率 = 采样率 ÷ 每周期点数，别直接把"点数"当周期。
- 两路通道接反：第一路是正弦、第二路是三角，如果对调了，按书上的电压表反推幅度时会得出错误结论。
- 探头/连线接触不良：高速模拟信号对接触非常敏感，BNC 线和扩展口都要插紧，出现"间歇性正常"先查连接。
小结 & 下一步
本章的核心收获是高速双通道 ADC 的使用方法：OE 使能、时钟相位偏移采样、ILA Analog 模式观测、按点数反推频率与幅度。至此高速 AD 和高速 DA 的单路、双路四个实验全部完成，形成了一套完整的高速模拟前端认知。
下一章换一个方向：离开高速模拟世界，进入 IO 扩展板实验——矩阵键盘、数码管、拨码开关这些"经典外设"的驱动方法。