基于数据采集的数据采集.doc

基于FPGA数据采集系统的设计方案
The design of multichannels high speed data acquisition system
摘要文中结合数据采集在雷达数据采集的应用,采用AD9432,高速FIFO,基于FPGA设计数据采集系统的方案。此种设计方案结构灵活、控制简单、可靠性较高。针对高速电路中易出现的噪声和干扰, 讨论了抑制干扰的一些措施。
关键词 A/D转换现场可编程门阵列高速采集干扰
bined with applications of data acquisitions in,a method for desighing the data acquisitions system based on FPGA,FIFO and AD9432 is is easily modified and controlled,and has high technique of anti interference is also discussed while the noise mon in high speed circuit.
Key words ADC FPGA; high speed data acquisition ; interference
1 引言
在雷达、气象、地震预报、航空航天、通信等领域里,现场信号具有重要的作用,这些信号的主要特点是实时性强,数据速率高,数据量大,处理复杂,运算量大。因此,高速数据采集的研究一直是工程实践中一项倍受人关注的领域。目前由于数字信号的快速发展,对信号采集的要求也不断的提高,特别是在参数方面的要求越来越高,如精度、速度、采样通道数等。鉴于此,本文会介绍一种基于FPGA来控制高速A/D转换器AD9432实现高速采集,从而满足在系统中的应用。
2 系统结构
系统对输入的两路模拟信号采样率为60MHz,每路1K的采样周期(前100微秒进行采样,后900微秒进行数据转换,放入FLASH中),量化精度为12bit。转换后的数据经过FPGA的控制送到乒乓FLASH中。再以140Mbps的数据率平稳输出,利用FPGA对数据进行帧结构处理,最后经数据采集卡送入电脑中通过软件进行显示。数据采集系统的结构如图1所示。
3 硬件设计
常用的高速多通道数据采集的设计方案有两种:
(1)以单片机MCU为控制核心,控制多通道数据采集与处理。因为单片机本身指令周期及处理速度的影响,同时随着程序量的增加,如果程序的健壮性不理想的话,可能会出现“程序跑飞”和“复位”现象。因此对于高速多通道数据采集,普通单片机很难满足系统对数据采集实时性和同步性的要求。
(2)以FPGA作为数据采集的控制核心,实现多通道模拟信号的采集和处理。由于FPGA采集采样控制、处理、缓存、传输控制、通讯于一个芯片内,编程配置灵活,开发周期短,系统简单,具有高集成度、体积小、低功耗、高速、I/O端口多、在线系统编程等优点,尤其在只需要简单数据处理的情况下,FPGA能够提供比专用高速DSP更好的解决方案,并且特别适用于对时序有严格要求的高速多通道数据采集系统。
针对雷达实时监测系统对实时性和同步性的要求,选择第二种方案设计高速多通道数据采集系统。
本设计中采取了高速模数转换器AD9432+高速FIFO+大规模可编程逻辑器件FPGA+FLASH存储芯片的方案。根据之前相关系统的经验,此方案的可实现性高,系统可靠性大。关键器件的选择目的如下:

信号采集的核心是模数转换技术。模数转换包括采样、保持、量化和编程四个过程采样就是将一个连续变化的信号X(t)转换成时间上离散的采样信号X(n)。
由于本系统时钟频率为60MHz,分辨率要求又较高,所以积分型、顺次逼近型、闪烁型无法使用本次设计,在本次设计中采用了ADI公司生产的AD9432模数转换器。它是单片、12位精度、采用带有误差校正逻辑的多级差分流水结构的、105Msps高速模数转换器,片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压源。同时,AD9432还具有较低的功耗(850mw)和较高的信噪比(66dB)。

可作为固态记录器件的半导体件有多种,其中主要包括SRAM,DRAM,FRAM,FLASH等几种器件;其中SRAM和DRAM为易失型(断电后数据不能保持),FRAM和FLASH为非易失型(断电后数据能保持)。由于DRAM和FLASH两种器件的特速工艺结构,能实现较高的位密度,因而得到广泛应用。
SRAM和DRAM均为易失型器件,需要一个后备电池提供连续的电源,同时,它们的电源功耗相当大。在EEPROM的基础上发展起来的闪烁(Fl