《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何使產(chǎn)品快速集成高速信號采集功能?

2015-11-29
作者:周立功致遠(yuǎn)電子

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

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1、ZSDA1000的基本介紹

       ZDS1000是ZLG致遠(yuǎn)電子開發(fā)的高速信號數(shù)據(jù)采集模塊,模塊通過PCI Express2.0接口與主機(jī)端連接,350M帶寬,1GSa/s的采樣速率。用戶只需要通過動態(tài)鏈接庫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)信號捕捉、材料分析等場合。

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                     圖 1  ZSDA1000 模塊

2、ZSDA1000的工作原理

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                    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。待測信號通過通道耦合選擇后,與“垂直偏移電壓”相減,之后經(jīng)過放大,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。

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                    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 信號輸入范圍:100mVpp~5Vpp

l 模擬帶寬:DC~350MHz

l 死區(qū)時間: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)譜儀又稱質(zhì)譜計,主要用于分離和檢測相關(guān)物質(zhì)含量。其根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(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)檢測等工作。

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                     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器完成了物質(zhì)檢測中由普通物理特性到電量轉(zhuǎn)化的一個過程,其后即是信號調(diào)理與數(shù)模轉(zhuǎn)換的處理過程。由于檢測物質(zhì)的多樣性,離子檢測器所得到的電量信息差異極大,包含不同的電壓幅值、不同時間間隔的信號。

       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)輸入信號電壓的幅度,對信號進(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對此信號進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。與此同時ZSDA1000中的觸發(fā)模塊同時在工作,控制著數(shù)據(jù)采集的開始與結(jié)束,確保所采集得到的數(shù)據(jù)是滿足用戶所感興趣的數(shù)據(jù)。

       ZSD1000采集模塊板使用高端的FPGA芯片,能確保對ADC數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時接收、儲存,并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理。ZSDA1000能對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多達(dá)65535次均值處理,可有效過濾采樣過程中的隨機(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)存儲和處理能。采用PCI Express2.0接口,配套完整的軟件資源,開發(fā)周期短,使用方便。可以快速的讓您的系統(tǒng)集成高速數(shù)據(jù)采集功能。



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