LimeSDR-USB硬件部分详细解读

我本人是一个走纯硬件的硬件学习者，希望大家共同进步，Lime这个板子在国内的资源极少，所以我尽可能为后来者将道路铺平，也希望各位能更深一步的了解硬件之美

LimeSDR-USB主板功能
LimeSDR-USB开发板提供了一个高效的射频硬件平台，使用Altera Cyclone IV FPGA和LMS7002M收发器开发和原型化高性能和逻辑密集型数字设计和RF设计。

LimeSDR-USB板功能

USB接口：赛普拉斯FX3超高速USB第3代控制器

FPGA功能：Cyclone IV EP4CE40F23C8N器件采用484引脚FPGA；39’600逻辑元素；1134 Kbits嵌入式内存；116个嵌入式18x18乘法器；4个PLL

FPGA配置：JTAG模式配置；主动串行模式配置；使用FX3（USB）更新FPGA器件的可能性

记忆设备：2 x 1Gbit（64M x 16）DDR2 SDRAM；FX3固件的4Mbit闪存；用于FPGA器件的16Mbit闪存；2 x 128K（16K x 8）EEPROM，用于LMS MCU固件，LMS MCU数据；用于FX3数据的1 x 64K（8K x 8）EEPROM

连接：microUSB3.0（B型）连接器或USB3.0（A型）插头；同轴RF（U.FL）连接器；FPGA GPIO接头（0.05“间距）；FPGA和FX3 JTAG连接器（0.05“间距）；6-12V DC电源插孔和pinheader；风扇连接器（3.3V）

时钟系统：30.72MHz VCTCXO（精度：初始±1 ppm，稳定±4 ppm）；可以通过板载DAC将VCTCXO锁定到外部时钟或调谐VCTCXO；用于FPGA参考时钟输入或LMS PLL的可编程时钟发生器

LimeSDR-USB硬件概述
LimeSDR-usb有三种连接器类型:

• 数据和调试（USB3.0，FPGA GPIO和JTAG）
• 电源（DC插孔和外部电源pinheader）

• 高频（RF）和参考时钟）

  下面分别是LimeSDR-USB的PCB与实物参考图

核心部分
1. IC1 - FPRF 现场可编程RF收发器，LMS7002M
2. IC8 - FPGA Altera Cyclone IV，EP4CE40F23C8N 484-BGA
3. IC13 - USB 3.0微控制器，赛普拉斯FX3超高速USB第3代控制器，CYUSB3014

一般部件
4. IC9 - 四路SPDT开关，TS3A5018PW
5. IC6 - 温度传感器，LM75
6. IC19 - SPI至I²C，SC18IS602BIPW（未安装）
7. IC17 - I²C端口扩展器，带有4个推挽输出和4个输入，MAX7322ATE +

配置部件
IC9 - 四路SPDT开关，TS3A5018PW

R51，R52，R53，R54，R56，R57，R59，R60 - 0欧姆电阻器 FPGA（IC31）MSEL [3：0]。默认模式：Active Serial Standard配置

R115，R116，R117 - 10 kOhm电阻 - USB3.0微控制器（IC13）启动配置（PMODE0 [2：0]）电阻。默认模式：SPI启动，开启失败 - USB启动

R125，R127，R128 10 kOhm电阻 - USB3.0微控制器（IC13）晶振/时钟频率选择（FSLC [2：0]）电阻。默认模式：19.2MHz晶振

J16 - JTAG链引脚头 USB3.0（IC6）微控制器的调试引脚头，0.05“间距

J17，R122 针接头 - USB3.0微控制器启动源（闪存或USB），0.05“跳线跳线或0402 0R电阻。在正常操作中，必须放置跳线或电阻器。

SW1 - 按钮式 USB3.0微控制器复位按钮

J11 - JTAG链引脚头 用于Altera USB-Blaster下载电缆的FPGA编程引脚接头，间距为0.05“

LEDS1 - 红绿状态LED 用户定义的FPGA指示LED1（如果是SMD，则在板边缘附近;如果是通孔则在底部），用户定义的FPGA指示LED2（如果是SMD则更远的板边缘;如果是通孔，则在顶部）

LEDS2 - 红绿状态LED FX3（USB）状态指示LED（如果是SMD，则位于板边缘附近;如果是通孔，则位于底部），板电源指示LED（如果是SMD，则为更远的板边;如果是通孔则位于顶部）

其他输出端口
J12 - 8个FPGA GPIO，0.05“间距

J13，J14 - 3.3V风扇连接引脚头，分别为0.1“和0.05”间距

储存设备
IC11，IC12 - DDR2内存 1Gbit（64M x 16）DDR2 SDRAM，带有16位数据总线

IC2，IC3 - 128K（16K x 8）带电可擦可编程只读存储器，LMS7002 MCU固件，LMS7002M数据

IC18 - 64K（8K x 8）带电可擦可编程只读存储器，连接到主I2C总线

IC10 - 闪存 用于FPGA配置的16Mbit Flash

IC15 - 闪存 适用于FX3固件的4Mbit Flash

通信端口
J15 - USB3.0连接器 microUSB3.0（B型）连接器或USB3.0（A型）插头

时钟电路
XO1，XO2 - VCTCXO 30.72MHz压控晶体振荡器

IC24 - 可编程时钟发生器，用于FPGA参考时钟输入和RF板

IC23 - ADF4002鉴相器

IC22 - 用于TCXO（XT4）频率调谐的DAC

J19 - U.FL连接器 参考时钟输入

J18 - U.FL连接器 参考时钟输出

电源
J20 - 外部6-12V直流电源

J21 - 外部6-12V直流电源和主内部电源轨

LimeSDR-USB硬件架构

LimeSDR-USB板的核心是Altera Cyclone IV FPGA。其主要功能是通过USB3.0连接器在PC之间传输数字数据。

基于LMS7002M的连接

• 数字接口信号：LMS7002使用数据总线LMS_DIQ1_D [11：0]和LMS_DIQ2_D [11：0]，和LMS_ENABLE_IQSEL1 LMS_ENABLE_IQSEL2，LMS_FCLK1和LMS_FCLK2，LMS_MCLK1和LMS_MCLK2信号将数据从FPGA传送到/。索引1和2表示收发器数字数据PORT-1或PORT-2。这些端口中的任何一个都可用于传输或接收数据。默认情况下，PORT-1被选为发送端口，PORT-2被选为接收端口。FCLK＃是输入时钟，MCLK＃是LMS7002M收发器的输出时钟。TXNRX信号设置端口方向。有关LMS7002M接口时序的详细信息，请参阅LMS7002M收发器数据表。

• LMS控制信号：这些信号用于可选功能：

• LMS_RXEN，LMS_TXEN - 接收器和发送器启用/禁用连接到FPGA Bank8（VDIO_LMS_FPGA;2.5V）的信号。

• LMS_RESET - LMS7002M复位连接到FPGA Bank 7（VDIO_LMS_FPGA; 2.5V）。

• SPI接口：LMS7002M收发器通过4线SPI接口配置; FPGA_SPI0_SCLK，FPGA_SPI0_MOSI，FPGA_SPI0_MISO，FPGA_SPI0_LMS_SS。SPI接口由FPGA Bank 8（VDIO_LMS_FPGA; 2.5V）控制。

• 主I2C接口：用于控制LimeSDR-USB板上的外部时钟合成器，端口扩展器，温度传感器，EEPROM，I2C-SPI桥接器。信号FX3_I2C_SCL，FX3_I2C_SDA连接到FX3。这些I2C线路也通过0R电阻连接到FPGA Bank 8（VCC3P3; 3.3V）线FPGA_I2C_SCL，FPGA_I2C_SDA。
• LMS I2C接口：可用于LMS EEPROM内容修改或用于调试目的。信号LMS_I2C_SCL，LMS_I2C_DATA连接到FPGA Bank 8（VDIO_LMS_FPGA; 2.5V）。

时钟电路

LimeSDR-USB板具有板载30.72 MHz VCTCXO（精度：±1 ppm初始值，±4 ppm稳定值），是LMS_PLL的参考时钟。VCTCXO可通过板载相位检测器（IC23，ADF4002）或DAC（IC22）进行调谐。板载频率合成器用于将板载VCTCXO与外部设备（通过J19 U.FL连接器）同步，以校准频率误差。同时只有ADF或DAC可以控制VCTCXO。ADF和DAC之间的选择自动完成。当电路板上电时，默认情况下VCTCXO由DAC控制。可编程时钟发生器（Si5351C）可以产生任何参考时钟频率，从8 kHz - 160 MHz开始，用于FPGA和LMS PLL。

今天的教学就到这里，谢谢大家！

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