CN101604225A - 一种32通道同步信号采集板 - Google Patents

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张伟
刘国满
傅雄军
方秋均
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Abstract

本发明涉及一种32通道同步信号采集板，属于数据采集技术领域。该采集板包括：模拟信号输入接口模块、多路时钟分配模块、数模转换模块、采集控制和处理传输模块、存储模块和电源模块，具有最高65MSPS的采样率，325MHz的模拟输入带宽，可同时对32路中频模拟信号进行同步采集和预处理，实现了高采样率和多通道同步信号采集，并解决了高速数据传输和大容量数据存储困难的问题。

Description

一种32通道同步信号采集板
技术领域
本发明涉及一种32通道同步信号采集板，属于数据采集技术领域。
背景技术
多通道同步信号采集板主要应用于阵列信号采集领域，集中在阵列雷达、阵列声纳、电子侦察、智能天线、高清晰医学成像等方面。目前雷达、声纳、移动通信等多阵元的阵列信号处理算法和许多高分辨方法都基于多个通道阵元信号，因此工程上需要对多个通道阵元的模拟信号进行同步采集，且对这多个通道模拟信号的幅度一致性和相位一致性要求很高。目前国内外公司和研究机构在多通道采集系统上进行了大量研究与开发，但在采集通道数和采样率提高上很难兼顾，部分信号采集板采集通道数达到256个，但采样率最高几KSPS，应用的范围有限；另一些信号采集板可以工作在GSPS采样率，但是单板通道数较少，如果对天线数目比较多的阵列进行高速采集，需要的信号采集板数目会很多，导致整个系统的功耗增加、体积增大，并使采集处理系统复杂，稳定性变差。并且当采样通道数变多，采样速率提高后，采集通道的同步、数据的实时存储、采集数据的预处理以及传输、时钟网络分布都变得非常难于实现。
发明内容
本发明的目的是为了克服在信号采集领域，当采样率提高时，采集通道数较少且难于实现多通道同步采样的问题，本发明所涉及的一种32通道同步信号采集板实现了高采样率和较多的通道数，并且易于实现多块板卡更多通道的同步采集，能够灵活地实现信号采集、数据存储、数据处理、数据传输的功能。
一种32通道同步信号采集板包括：模拟信号输入接口模块、多路时钟分配模块、数模转换模块、采集控制和处理传输模块、存储模块1、存储模块2和电源模块。图1描述了本发明包含的各个模块之间的连接关系：
输入接口模块包括2个多路同轴小型连接器，每个连接器包括16路模拟信号输入通道，输入接口模块将外部输入的32路模拟信号输出给模数转换模块；
时钟分配模块包括功分器和变压器，负责将外部输入的时钟信号分成4路同步采样时钟提供给模数转换模块；
模数转换模块包括4片AD9222型ADC芯片，每片具有8个模数转换通道，模数转换模块共提供32路模数转换通道，负责将输入接口模块提供的32路模拟信号高速地转换为数字信号并输出给采集控制和处理传输模块；
采集控制和处理传输模块包括2片FPGA和1片DSP芯片，每片FPGA芯片控制模数转换模块中的2片ADC芯片，来完成ADC芯片同步采集、数据接收，并完成通道校正、信号预处理和数据转发的工作，DSP芯片为上位机与内部控制模块通信的媒介，通过PCI总线与上位机通信，接受上位机的指令从而控制采集板上各功能模块的工作或者把模数转换模块传输的采集数据以及状态信息传输给上位机。在FPGA中对数字信号实时预处理后，既可以将数据存储在存储模块中，也可通过自定义总线和DSP的PCI总线、RapidIO总线向板外传输；
存储模块1和存储模块2均采用大容量DDR2芯片作为存储介质，存储模块1与采集控制处理传输模块中的FPGA芯片相连；存储模块2与采集控制处理传输模块中的DSP芯片相连。
有益效果：
本发明所涉及的一种32通道同步信号采集板，具有最高65MSPS的采样率，325MHz的模拟输入带宽，可同时对32路中频模拟信号进行同步采集和预处理，多种对外高速接口包括PCI总线、自定义总线和RapidIO总线，容易实现多块板卡更多通道的同步采集，并且具有很强的信号处理能力。该信号采集板实现了高采样率和多通道同步信号采集，并解决了高速数据传输和大容量数据存储困难的问题。
附图说明
图1是本发明的功能模块框图；
图2是本发明一种具体实施方式的多路时钟分发模块原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。
一种32通道同步信号采集板基于CPCI 6U标准板型，工作在工控计算机平台，包括以下功能模块：
模拟信号输入接口模块：该模块包括2个多路同轴小型连接器J62G16T，每个连接器可以接收16路模拟信号输入，通过该模拟信号输入接口模块把32路模拟信号输入到模数转换模块中。
模数转换模块：该模块包括4片ADI公司的ADC芯片AD9222，该型芯片单片集成8路并行模数转换，4片ADC芯片完成32路模数转换的功能。
多路时钟分发模块：该模块包括1个Mini-Circuits公司的功分器AD4PS-1和4个变压器ADT4-1WT，将板外提供的1路采样时钟在采集板内部转换为4路，分发到模数转换模块的4片ADC中，并保持这4路时钟同步。该模块原理框图如图2所示。
采集控制处理传输模块：该模块包括两片Xilinx公司的型号为VC4SX55-FF1148的FPGA、一片TI公司型号为TMS320C6455的DSP。其中FPGA是控制核心，主要完成采集开始和结束控制、触发控制，并且可以对数据进行实时预处理并转存到存储模块中，也可以选择将采集数据通过自定义总线由CPCI接插件J4、J5向板外传输，或者通过EMIF接口将数据传输给DSP。DSP通过PCI总线与上位机进行数据和命令通信，该PCI总线定义在CPCI接插件J1上。DSP通过EMIF接口与板卡内部的2片FPGA通信，此外DSP也可以通过CPCI接插件J3上定义的RapidIO总线将FPGA传来的数据传输给外部其他板卡。DSP本身也可直接对采集到的信号做各种算法处理。
存储模块1包括有8片Micron公司的型号为MT47H128M16的DDR2芯片，与采集控制处理传输模块中的FPGA相连；存储模块2包括有2片DDR2，型号为MT47H128M16，与DSP相连；整个存储模块容量为20Gbits。
电源模块：该模块包括3个TI公司的电源模块，型号为PTH08T200W和PTH05000W以及2个Linear公司的电源芯片，型号为LT1764AEQ-1.8，负责给整个系统提供数字和模拟电压。

Claims (2)

1.一种32通道同步信号采集板，其特征在于包括：模拟信号输入接口模块、多路时钟分配模块、数模转换模块、采集控制和处理传输模块、存储模块1、存储模块2和电源模块。其中：
输入接口模块包括2个多路同轴小型连接器，每个连接器包括16路模拟信号输入通道，输入接口模块将外部输入的32路模拟信号输出给模数转换模块；
时钟分配模块包括功分器和变压器，负责将外部输入的时钟信号分成4路同步采样时钟提供给模数转换模块；
模数转换模块包括4片AD9222型ADC芯片，每片具有8个模数转换通道，模数转换模块共提供32路模数转换通道，负责将输入接口模块提供的32路模拟信号高速地转换为数字信号并输出给采集控制和处理传输模块；
采集控制和处理传输模块包括2片FPGA和1片DSP芯片，每片FPGA芯片控制模数转换模块中的2片ADC芯片，来完成ADC芯片同步采集、数据接收，并完成通道校正、信号预处理和数据转发的工作，DSP芯片为上位机与内部控制模块通信的媒介，通过PCI总线与上位机通信，接受上位机的指令从而控制采集板上各功能模块的工作或者把模数转换模块传输的采集数据以及状态信息传输给上位机。在FPGA中对数字信号实时预处理后，既可以将数据存储在存储模块中，也可通过自定义总线和DSP的PCI总线、RapidIO总线向板外传输；
存储模块1和存储模块2均采用大容量DDR2芯片作为存储介质，存储模块1与采集控制处理传输模块中的FPGA芯片相连；存储模块2与采集控制处理传输模块中的DSP芯片相连。
2.根据权利要求1所述的一种32通道同步信号采集板，其特征在于：使用CPCI 6U标准板型，工作在工控计算机平台上，输入接口模块所使用的多路同轴小型连接器型号为J62G16T，时钟分配模块使用Mini-Circuits公司的功分器AD4PS-1和变压器ADT4-1WT，采集控制和处理传输模块使用两片Xilinx公司的VC4SX55-FF1148型FPGA、一片TI公司的TMS320C6455型DSP，存储模块使用10片Micron公司的MT47H128M16型DDR2芯片。
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