8通道并行数据采集PCI模块的设计

数据采集是自动测试系统的主要功能之一，而在一些应用领域，比如 超声、医疗电子中，信号的频率范围不同会要求采样率的不同。有时，为了配 合信号处理算法，甚至要求采样率在一定范围内随意设定。而且，这些应用通 常要求多个通道并行采集，甚至是差分单端方式可选择的输入。针对这些要求， 我们提出了一种最多可达 12 通道的同步并行多通道数据采集方案。该方案能 实现的最高采样率为 10MS/s，存储深度 2 乘以 32M 乘以 16bit(2 个 SDRAM)， 垂直分辨率 14bit，可编程增益为 1、2、5、10、100 五个等级。 设计方案的确定

硬件电路主要包括信号调理电路、信号输入方式选择电路、程控增益电 路、A/D 转换、数据存储、触发控制以及 PCI 接口几个部分。8 个通道输入的 模拟信号经信号调理电路调理后，进行单端变差分的转换(前端也可以是直接输 入的 8 路差分信号)，由多路开关选择输入方式后，再通过两级可选择增益放大 器进行增益控制，最后进入 ADC 转换成相应的数字信号。而逻辑控制单元在 接收到采集命令后，会根据相应的触发方式启动 ADC 进行采样，再将采样得 到的数据通过 FPGA 内部串并转换逻辑和数据输出仲裁逻辑存储到 SDRAM 中 准备上传。本设计的采集极限指标是 8 个通道同时同步采集，最大采样速率是 单通道 10MS/s，连续采样存储时间最大可以达到 3.2s。上位机通过 32 位的数 据总线采用查询、中断或者 DMA 方式将采集的数据读取到内存中进行后期的 数据处理和分析。系统的基本结构如

信号调理电路设计

在本设计中，信号调理电路包括输入方式选择电路和增益选择电路。此

部分中，高输入阻抗、低输出阻抗的普通运算放大器构成的电压跟随器会对前 后电路进行隔离，避免后级多路开关的导通阻抗影响前级电路。输入端加两个 二极管，提供±15V 的钳位电压，形成过压保护。多路开关选择 DG409，它是 4 通道差分多路开关，具有较低的导通阻抗和低功耗和低泄漏电 流。信号的输入方式有四种：0 输入、单端正极输入、单端负极输入和差分输 入，通过 DG409 正好可以选择这四种输入方式，电路如选择一种输入方式后， 经过两级可编程增益仪表放大器 AD8250，可以实现增益值可选

1、2、5、10、100 五个等级。AD8250 有两个增益控制端 A0、A1，写这个两 个位，能选择增益值，并通过 W/R 锁存状态值，从而保证该增益的稳定。本设 计通过在 FPGA 内部设计串行传输逻辑，将数据写入 CPLD，然后控制选择信 号的输入方式和写 AD8250 增益控制位。增益选择电路如 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！