如何使產(chǎn)品快速集成高速信號(hào)采集功能？

摘要：在科技飛速發(fā)展的今天，各種自動(dòng)化儀器及自動(dòng)控制都離不開(kāi)信號(hào)采集，而且要采集的信號(hào)越來(lái)越快，精度要求也越來(lái)越高。如何簡(jiǎn)單快速的讓系統(tǒng)集成這項(xiàng)功能呢?

1、ZSDA1000的基本介紹

ZDS1000是ZLG致遠(yuǎn)電子開(kāi)發(fā)的高速信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊，模塊通過(guò)PCI Express2.0接口與主機(jī)端連接，350M帶寬，1GSa/s的采樣速率。用戶(hù)只需要通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件就可以輕松控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理?？捎糜谫|(zhì)譜分析、雷達(dá)信號(hào)捕捉、材料分析等場(chǎng)合。

圖 1 ZSDA1000 模塊

2、ZSDA1000的工作原理

圖 2 模擬部分框圖

ZSDA1000的模擬部分結(jié)構(gòu)示意圖如上圖所示。待測(cè)信號(hào)通過(guò)通道耦合選擇后，與“垂直偏移電壓”相減，之后經(jīng)過(guò)放大，輸送到ADC與觸發(fā)模塊;在觸發(fā)模塊中，與“觸發(fā)比較電壓”進(jìn)行比較，完成觸發(fā)功能。ADC與觸發(fā)模塊之后的數(shù)據(jù)，將輸送到數(shù)據(jù)處理芯片中，完成數(shù)據(jù)采集與采樣控制。

圖3 整體框圖

ZSDA1000的整體框圖如圖3所示。采用FPGA為核心處理器，負(fù)責(zé)ADC的高速數(shù)據(jù)讀取、PCIE高速數(shù)據(jù)傳輸和相關(guān)控制功能。ADC采用雙路8位高速ADC，采樣頻率1.0GSPS，與上位機(jī)通信采用PCIE×4進(jìn)行通信，板載1GB DDRIII。

3、ZSDA1000的性能

l 垂直分辨率：8 bit

l 最大采樣率：1GSa/CH

l 通道數(shù)：2CH

l 信號(hào)輸入范圍：100mVpp~5Vpp

l 模擬帶寬：DC～350MHz

l 死區(qū)時(shí)間：10μS

l 板載內(nèi)存：1GB DDRIII

l 通信鏈路：PCI Express 2.0

4、ZSDA1000應(yīng)用——質(zhì)譜儀

質(zhì)譜儀又稱(chēng)質(zhì)譜計(jì)，主要用于分離和檢測(cè)相關(guān)物質(zhì)含量。其根據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異而進(jìn)行物質(zhì)分離和物質(zhì)檢測(cè)等工作。

圖 5質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖

其中，離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器完成了物質(zhì)檢測(cè)中由普通物理特性到電量轉(zhuǎn)化的一個(gè)過(guò)程，其后即是信號(hào)調(diào)理與數(shù)模轉(zhuǎn)換的處理過(guò)程。由于檢測(cè)物質(zhì)的多樣性，離子檢測(cè)器所得到的電量信息差異極大，包含不同的電壓幅值、不同時(shí)間間隔的信號(hào)。

為了能準(zhǔn)確將如此電量進(jìn)行恰當(dāng)、快速的數(shù)模轉(zhuǎn)換，信號(hào)采集模塊必須具備足夠的模擬帶寬、足夠的采樣速率、足夠的測(cè)量電壓范圍。而ZSDA1000高速數(shù)字采集模塊，憑借其優(yōu)秀的精度和速度，出色完成了這項(xiàng)工作。具體介紹如下：

ZSDA1000在PC軟件的控制之下，根據(jù)輸入信號(hào)電壓的幅度，對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的衰減與放大，之后控制高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC對(duì)此信號(hào)進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)ZSDA1000中的觸發(fā)模塊同時(shí)在工作，控制著數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始與結(jié)束，確保所采集得到的數(shù)據(jù)是滿(mǎn)足用戶(hù)所感興趣的數(shù)據(jù)。

ZSD1000采集模塊板使用高端的FPGA芯片，能確保對(duì)ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收、儲(chǔ)存，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理。ZSDA1000能對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多達(dá)65535次均值處理，可有效過(guò)濾采樣過(guò)程中的隨機(jī)噪聲，確保采樣數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

ZSDA1000高速信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊具有優(yōu)秀的帶寬和精度，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能。采用PCI Express2.0接口，配套完整的軟件資源，開(kāi)發(fā)周期短，使用方便?？梢钥焖俚淖屇南到y(tǒng)集成高速數(shù)據(jù)采集功能。