基于PXI/CompactPCI总线的多通道数据同步采集卡制造技术

一种基于ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线的多通道数据同步采集卡，包括多路同步信号调理电路、ＡＤ转换电路、现场可编程门阵列电路、数字信号处理器、低抖动时钟分相电路、存储器和ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路。该数据采集卡在设计上充分考虑了时钟抖动问题，采样低抖动时钟设计，保证了高速采样时不低于１２位的有效采样位数。采样精度为１４位分辨率，采样频率每个通道可达６５Ｍ／Ｓ，多通道联合采样时，其采样频率在２４０Ｍ／Ｓ以上，可对中频信号采样。该采集卡实现了多通道同步采样，非常适合于对采样相位要求严格的应用场合。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

Multi channel synchronous data acquisition card based on PXI/CompactPCI bus

A multi channel data of PXI / CompactPCI bus based on synchronous acquisition card, including multi-channel synchronous signal conditioning circuit, AD conversion circuit, FPGA circuit, digital signal processor, low jitter clock phase circuit, memory and PXI / CompactPCI interface circuit. In the design of the data acquisition card, the problem of clock jitter is considered, and the design of low jitter clock is used to ensure the effective sampling number is not less than 12 bits. Sampling accuracy of 14 bit resolution, the sampling frequency of each channel up to 65M / S, multi-channel joint sampling, the sampling frequency of 240M / S or more, the sampling of the intermediate frequency signal. The sampling card realizes multi-channel synchronous sampling, which is very suitable for the application of strict sampling phase.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于数据采集卡，特别涉及一种用于测试和测量领域的高速高精度多通道同步数据采集卡。
技术介绍
公开号为CN1549143的专利申请公开了一种总线型实时高速数据采集卡，它主要包括AD转换器、XPU模块和ADMA模块，在XPU模块上设有数字量信号输入路径，AD转换器上设有模拟量信号输入路径，XPU模块与AD转换器之间设有数据交换路径，ADMA模块与AD转换器之间设有数据交换路径，XPU模块与ADMA模块之间设有数据交换路径，XPU模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径，ADMA模块与ISA/PCI总线之间设有数据交换路径。此种数据采集卡虽然结构简单，可在100MHz的模数取样，并具有实时存储功能，但却存在以下不足1、采用ISA/PCI总线，速度慢，运行的电磁环境差，不能在恶劣环境下使用，一般只在普通工业测量中使用，难于满足航天、军事等高精、尖领域使用的要求；2、采样频率100MHz仍然偏低；3、采用双口存储器SRAM，容量小价格贵；4、不能实现多卡高精度同步触发采样。专利号为ZL01211241.0的技术专利公开了一种智能数据采集卡，其结构是以8031单片机为核心，同时采集16路的脉冲信号或开关信号，单片机输出与ISA接口、采集控制联接。由于板级CPU采用8031这种处理能力很差的CPU，因此该种数据采集卡无法实现采样信号的实时处理；由于采用ISA接口通过ISA总线实现数据交换，则存在速度慢，运行电磁环境差的问题，无法对模拟信号采样。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于PXI/CompactPCI总线的多通道数据同步采集卡，此种数据采集卡不仅能实现多路同步采样及对采样信号进行实时处理，而且相对于现有数据采集卡采样频率大幅度提高，数据传输速度更快，电磁工作环境更好。本技术所述多通道数据同步采集卡包括多路同步信号调理电路、AD转换电路、现场可编程门阵列电路、数字信号处理器、低抖动时钟分相电路、存储器I和PXI/CompactPCI接口电路；多路同步信号调理电路与AD转换电路的信号输入端连接，对输入的多路模拟信号放大、滤波后输入AD转换电路；AD转换电路的信号输出端与现场可编程门阵列电路连接，将接收到的多路模拟信号进行同步或联合分相采样，并将采样结果转换成多路数字信号后输入现场可编程门阵列电路；现场可编程门阵列电路分别与数字信号处理器、存储器I、PXI/CompactPCI接口电路连接，将从AD转换电路接收到的多路数字信号输入存储器I保存，或送给数字信号处理器处理，或送入PXI/CompactPCI接口电路，或将存储器I中的数据读出送入PXI/CompactPCI接口电路或/和数字信号处理器，或将数字信号处理器处理后的数据送入PXI/CompactPCI接口电路或/和存储器I保存；数字信号处理器对现场可编程门阵列电路进行控制，并对输入的数据进行处理；PXI/CompactPCI接口电路与PXI/CompactPCI总线连接，通过PXI/CompactPCI总线实现与PC主机或零槽控制器的数据交换；低抖动时钟分相电路与现场可编程门阵列电路、AD转换电路和数字信号处理器连接，为AD转换电路、现场可编程门阵列电路、数字信号处理器、存储器I和PXI/CompactPCI接口电路提供时钟信号。为了进一步提高数据从板卡到PC主机或零槽控制器的传输率，增设了存储器II，该存储器与现场可编程门阵列电路连接，与存储器I组成乒乓工作方式。存储器I、存储器II选用动态存储器SDRAM。为了更好地实现专利技术目的，有关电路的具体技术方案如下1、多路同步信号调理电路至少含有两路由信号输入电路和可编程放大电路组成的输入信号调理电路，信号输入电路的输出端与可编程放大电路的输入端连接；多路同步信号调理电路中还设置有精密电压基准电路、电压基准调理电路和高速比较器，电压基准调理电路的输入端接精密电压基准电路，电压基准调理电路的输出端分别与各可编程放大电路连接，实现可编程放大电路的直流偏置电平调整，整个输入信号调理电路的失调电压调整，使失调电压达到最小，电压基准调理电路的输出端与高速比较器连接，控制模拟输入触发脉冲的产生；多路同步信号调理电路中还包括继电器阵列，该阵列分布在各可编程放大电路中，用于切换可编程放大电路的放大倍数，并且在电压基准调理电路的配合下，提供对输入信号调理电路和AD转换电路的微分非线性误差(DNL)和积分非线性误差(INL)的校准和测量。2、现场可编程门阵列电路选用现场可编程门阵列芯片，并在该芯片上设计了锁相环及时基电路、锁相环控制电路、时基控制电路、存储器控制电路、模拟输入控制电路、模拟触发控制电路、读写时序控制电路、AVALON总线接口电路、PXI触发控制电路、热插拔控制电路；锁相环及时基电路由锁相环电路、时基输入电路、3组多路数据选择器组成，多路数据选择器向时基输入电路提供输入信号，该输入信号为PXI触发总线、PXI星型总线、外部时钟的输出信号，或外部时钟进锁相环电路后的输出信号，或PXI总线的10MHz时钟信号或该10MHz时钟信号经过锁相环电路后的输出信号。3、PXI/CompactPCI接口电路由PCI接口电路和热插拔接口电路构成，PCI接口电路实现PXI/CompactPCI总线的数据传送，热插拔接口电路实现本数据采集卡的在线带电拔插。4、低抖动时钟分相电路是保障达到输出信噪比这个设计指标的关键，主要由AD95“或AD9512芯片、低抖动有源晶体振荡器及其外围电路组成，通过对该电路的相位延迟进行精确仿真后，在印制电路板走线时适当地微调各路时钟的相位延迟，使各路AD转换电路的采样时钟信号的相对延迟接近于零，以保证同步精度。本技术所述多通道数据同步采集卡的使用方法将该采集卡插入安装有相应WINDOWS驱动程序的PXI机箱或CompactPCI机箱即可使用。所述WINDOWS驱动程序以动态链接库文件的形式提供，用户可以用通用编程软件调用该动态链接库文件中的相关函数，编写自己的应用软件，实现数据的各种触发采集、数据实时处理功能。当用户热拔该数据同步采集卡时，先卸载软件，再拔除。本技术具有以下有益效果1、由于该数据采集卡采用高速现场可编程门阵列电路作为控制核心，因而运行速度快，板卡外围电路简洁，可靠性高。2、由于该数据采集卡集成了一个高速数字信号处理器，因而具有板级实时信号处理的能力，极大地扩展了其应用领域和应用的灵活性。3、由于该数据采集卡的存储器可以采用乒乓工作方式，因而提高了数据的传送效率。4、由于该数据采集卡在设计上充分考虑了时钟抖动问题，采样低抖动时钟设计，因而保证了高速采样时12位以上的有效采样位数。5、由于该数据采集卡采用动态存储器SDRAM，其容量大，存储速度快，连续采样时间长，适合对高速信号的采样分析。6、该采集卡能实现多通道同步采样，非常适合于对采样相位要求严格的应用场合。7、该采集卡采样精度高(14位分辨率、12位以上的有效采样位数)、采样频率每个通道可达65M/S，多通道联合采样时，其采样频率.在240M/S以上，可对中频信号采样。8、该采集卡支持热插拔功能，可以实现本采集卡的在线带电拔插。附图说明图1是本技术所述多通道数据同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线的多通道数据同步采集卡，其特征在于包括多路同步信号调理电路（１）、ＡＤ转换电路（２）、现场可编程门阵列电路（３）、数字信号处理器（５）、低抖动时钟分相电路（６）、存储器Ⅰ（７）和ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４），多路同步信号调理电路（１）与ＡＤ转换电路（２）的信号输入端连接，对输入的多路模拟信号放大、滤波后输入ＡＤ转换电路（２），ＡＤ转换电路（２）的信号输出端与现场可编程门阵列电路（３）连接，将接收到的多路模拟信号进行同步或联合分相采样，并将采样结果转换成多路数字信号后输入现场可编程门阵列电路（３），现场可编程门阵列电路（３）分别与数字信号处理器（５）、存储器Ⅰ（７）、ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４）连接，将从ＡＤ转换电路（２）接收到的多路数字信号输入存储器Ⅰ（７）保存，或送给数字信号处理器（５）处理，或送入ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４），或将存储器Ⅰ（７）中的数据读出送入ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４）或／和数字信号处理器（５），或将数字信号处理器（５）处理后的数据送入ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４）或／和存储器Ⅰ（７）保存，数字信号处理器（５）对现场可编程门阵列电路（３）进行控制，并对输入的数据进行处理，ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４）与ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线连接，通过ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ总线实现与ＰＣ主机或零槽控制器的数据交换，低抖动时钟分相电路（６）与现场可编程门阵列电路（３）、ＡＤ转换电路（２）和数字信号处理器（５）连接，为ＡＤ转换电路（２）、现场可编程门阵列电路（３）、数字信号处理器（５）、存储器Ⅰ（７）和ＰＸＩ／ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ接口电路（４）提供时钟信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：植涌，王勇，苟旭，孙曼，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]