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      快速集成高速信號(hào)采集功能

      2015年12月01日 14:51:28人氣:3350來(lái)源:

        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)電子開發(fā)的高速信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊,模塊通過(guò)PCIExpress2.0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(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1ZSDA1000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1GBDDRIII。
        
        3、ZSDA1000的性能
        
        垂直分辨率:8bit
        
        zui大采樣率:1GSa/CH
        
        通道數(shù):2CH
        
        信號(hào)輸入范圍:100mVpp~5Vpp
        
        模擬帶寬:DC~350MHz
        
        死區(qū)時(shí)間:10μS
        
        板載內(nèi)存:1GBDDRIII
        
        通信鏈路:PCIExpress2.0
        
        4、ZSDA1000應(yīng)用——質(zhì)譜儀
        
        質(zhì)譜儀又稱質(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)的度。
        
        ZSDA1000高速信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊具有的帶寬和精度,強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能。采用PCIExpress2.0接口,配套完整的軟件資源,開發(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。
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