CN115328835A - 一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块 - Google Patents

Abstract

本发明是一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。本发明涉及PXIe数据采集技术领域，通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；通过FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；在FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。本发明采用的PXIe接口通过PCIe2.0x4总线能够实现最高16Gbps的数据传输速率。

Description

一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集 模块

技术领域

本发明涉及PXIe数据采集技术领域，是一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。

背景技术

国内外现有的PXIe多通道数据采集模块，不仅无法实现对多种不同功能的模拟通道同时进行数据采集的支持，而且无法兼顾采样精度、输入带宽和采样速率等指标参数。如NI公司的PXIe-4481模拟输入模块，支持6个模拟通道，模数转换器分辨率为24bit，电压输入范围为±10V，采样率不高于20MSa/s；ADLINK公司的PXIe-9852的高速PXIe数字化仪，支持2个模拟通道，模数转换器的分辨率为14bit，电压输入范围为±10V，3dB带宽为90MHz,不支持通道间隔离。

但是随着电子测量测试产品需求的增加，现有的数据采集模块不能够通过简单更换模拟信号调理电路实现不同信号类型的测量功能，无法满足企业对于降低产品模块化开发设计难度和用户的多种信号采集的场景需求。同时，多个采集通道间的隔离能够确保测量仪器在复杂场景下的安全使用，提高产品的稳定性。

基于PXIe总线的数据采集模块得益于PCIe传输协议，能够实现更高速率的数据采集，在高速信号测试测量领域要求数据采集具有更高的采样速率和带宽。同时，数字部分的数据传输和存储单元也需要支持高速波形数据的实时处理、传输和存储，将多通道的波形数据传送给主控制器。

综上所述，现有的多通道隔离的PXIe数据采集无法满足在测量高速信号时的带宽、采样速度以及采样精度的需求，在复杂系统中无法灵活实现对多类型信号的同时测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，针对上述现有多通道隔离的PXIe数据采集模块设计的不足，提出一种支持多种信号采集功能的多通道隔离的PXIe数据采集模块，具有宽幅输入、高采样率和高数据传输速率等特征。本发明提出了一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。

本发明提供了一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，本发明提供了以下技术方案：

一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，所述模块包括：多个通道间隔离的模拟信号通道、数据缓存区、可编程逻辑FPGA、时钟系统、PCIe接口和数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道输出隔离信号至可编程逻辑FPGA，可编程逻辑FPGA分别连接数据缓存区和时钟系统，可编程逻辑FPGA连接PCIe接口，所述PCIe接口连接数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道包括信号调理电路、模数转换电路和信号隔离单元，信号隔离单元采用独立的板对板连接器，每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。

优选地，所述可编程逻辑FPGA包括采集控制单元、数字信号处理单元、存储控制单元和PCIe模块；

所述采集控制单元控制采集多个通道间隔离的模拟信号通道的模拟信号，并将信号传输至所述数字信号处理单元和存储控制单元，所述数字信号处理单元和存储控制单元进行数据交互，所述所述数字信号处理单元和存储控制单元信号输出端均与PCIe模块连接。

优选地，数据缓存区采用高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，每个数据采集通道的存储深度支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据；

可编程逻辑FPGA通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器。

优选地，模数转换电路由可编程逻辑FPGA通过信号隔离单元发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率工作参数的配置，并通过信号隔离单元将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑FPGA,通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通道的同步数据采集。

优选地，通过电流钳上的钳式传感器、热电偶和加速度传感器分别实现不同功能的测量,包括电压、电流、温度、应变力和加速度测量。

优选地，各部分隔离度为500V；通过N个最高支持200MSa/s采样速率的高速模数转换电路实现对N个通道的模拟信号的模数转换。

优选地，时钟系统由两片锁相环构成，一片锁相环为可编程逻辑FPGA和多组DDR3L存储器提供工作时钟，另一片锁相环为多个通道的模数转换电路提供多路同源采样时钟，同时锁相环具备时钟源切换功能，根据数据采集模块工作需求可配置使用模块上的晶振时钟或者来自PXIe背板的高精度差分时钟。

一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法，所述方法包括以下步骤：

通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；

通过可编程逻辑FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；

在可编程逻辑FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明结合利用低速和高速隔离器件以及模块化隔离电源，实现多个模拟通道之间和数字部门的相互隔离，500V的通道间隔离度能够确保每个模拟通道的输入模拟信号在异常时不会对其他通道和数字系统的电路和工作状态产生影响；

不同信号采集功能的模拟模块卡能够通过板对板连接器与数字控制和数据传输模块相连接，可以通过FPGA实现对不同通道的采集控制，依靠可重构的配置实现各个通道的不同测量功能，这种方法不需要更换整个模块，使用成本相较于设计不同的PXIe测量模块低很多。

本发明采用FPGA作为数据采集和数据传输的控制单元，能够利用丰富的IO和逻辑资源实现多通道的数据测量控制和数据传输。同时，在FPGA中能够实现高效的数字信号处理和波形测量功能，相比在主控制计算机中的处理器有更快的速度。

本发明针对PXI测量板卡的数据传输速率较慢的问题，本发明采用的PXIe接口通过PCIe 2.0 x4总线能够实现最高16Gbps的数据传输速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为数据采集模块整体框图；

图2为单模拟通道基本结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图2所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：本发明涉及一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。

一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，所述模块包括：多个通道间隔离的模拟信号通道、数据缓存区、可编程逻辑FPGA、时钟系统、PCIe接口和数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道输出隔离信号至可编程逻辑FPGA，可编程逻辑FPGA分别连接数据缓存区和时钟系统，可编程逻辑FPGA连接PCIe接口，所述PCIe接口连接数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道包括信号调理电路、模数转换电路和信号隔离单元，信号隔离单元采用独立的板对板连接器，每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。

具体实施例二：

本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：

所述可编程逻辑FPGA包括采集控制单元、数字信号处理单元、存储控制单元和PCIe模块；

所述采集控制单元控制采集多个通道间隔离的模拟信号通道的模拟信号，并将信号传输至所述数字信号处理单元和存储控制单元，所述数字信号处理单元和存储控制单元进行数据交互，所述所述数字信号处理单元和存储控制单元信号输出端均与PCIe模块连接。

具体实施例三：

本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：

数据缓存区采用高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，每个数据采集通道的存储深度支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据；

可编程逻辑FPGA通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器。

具体实施例四：

本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：

模数转换电路由可编程逻辑FPGA通过信号隔离单元发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率工作参数的配置，并通过信号隔离单元将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑FPGA,通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通道的同步数据采集。

具体实施例五：

本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：

通过电流钳上的钳式传感器、热电偶和加速度传感器分别实现不同功能的测量,包括电压、电流、温度、应变力和加速度测量。

具体实施例六：

本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：

各部分隔离度为500V；通过N个最高支持200MSa/s采样速率的高速模数转换电路实现对N个通道的模拟信号的模数转换。

具体实施例七：

本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：

时钟系统由两片锁相环构成，一片锁相环为可编程逻辑FPGA和多组DDR3L存储器提供工作时钟，另一片锁相环为多个通道的模数转换电路提供多路同源采样时钟，同时锁相环具备时钟源切换功能，根据数据采集模块工作需求可配置使用模块上的晶振时钟或者来自PXIe背板的高精度差分时钟。

具体实施例八：

本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：

本发明提供了一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法，所述方法包括以下步骤：

通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；

通过可编程逻辑FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；

在可编程逻辑FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。

具体实施例九：

本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

具体实施例十：

本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：

本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

具体实施例十一：

本申请实施例十一与实施例十的区别仅在于：

如图2所示，以电压测量模块一为例，其工作方式如下：

开始工作时，模拟电压信号通过BNC端子输入到模拟通道中，该端子连接气体放电管和机壳，在输入超过额定电压时，通过自身的击穿时吸收大部分电压，保护后端与其并联的模拟电路免受过电压的破坏。在本发明中选用了500V的气体放电管，其与机壳相连，能够将超过500V的过电压释放到大地中。经过输入端子，模拟信号首先经过一个RC并联网络，这部分电路主要功能时与衰减控制共同构成信号的分压衰减。低频和直流信号通过电阻网络衰减，而频率较高的信号通过电容分压的方式衰减。然后信号输入到耦合开关电路中，本课题要求数据采集模块能够实现DC耦合、AC耦合以及GND耦合，因此在本发明中采用通过FPGA信号控制继电器开关接入不同的耦合的方法实现耦合方式的切换。

DC耦合即直流耦合，信号中直流和交流分量都可以通过。AC耦合即交流耦合，通过在链路中串联隔直电容，只允许交流信号通过，滤除输入信号中的直流分量。GND耦合是将整个模拟通道直接接地，观察输出结果是否显示为0V，如果非0V，那么说明该采集模块在通道中存在不合理的电压偏置，数据采集模块需要校准调试才能进行测量。

信号衰减部分主要由继电器和阻容网络构成，FPGA可以通过改变继电器的状态，调整信号输入需要衰减的系数。在通过该衰减网络时，信号可以衰减到原始信号1/4或1/400。通过结合衰减网络和耦合前电阻，计算得到输入阻抗约等于1MΩ。

信号通过第一级信号衰减后，输入到运放跟随器中，该器件输入阻抗约等于无穷大，输出阻抗约等于零，驱动能力较好，确保在运放额定输出功率下，保持输出电压不受负载阻抗变化的影响。在经过运放跟随器之后，输出信号和输入信号之间实现了隔离，能够在过电压输入时，达到缓冲作用并保护电路。

模拟信号通过运放跟随器后，进入第二级衰减网络，该网络由电阻分压网络构成。在本发明中，采用三路信号控制模拟多路复用器不同通道的开关实现衰减系数的切换，共有六个衰减系数。在第一级衰减的基础上，第二级衰减网络可以衰减到输入信号的1/2、1/4、1/10、1/20、1/40，或者不衰减。

通过衰减网络后，进入能够实现10倍放大的信号放大模块。在本发明中，运算放大器采用负反馈放结构，输出信号与输入信号同相。

模拟信号完成信号放大后，通过由三路FPGA信号控制的低通滤波器网络，根据测量需求可选8种截止频率，能够滤除阻带中的大部分频率分量。在模拟信号调理电路最后，模拟信号通过运放构成的负反馈放大电路，该电路能够实现两倍的放大增益。因为ADC的模拟信号输入要求是差分信号，在放大器之后使用差分运算放大器将单路信号转换成差分信号，该运放的带宽是350MHz。

模拟信号经过信号调理满足ADC的输入电压要求后，经过ADC量化转化为数字量输出。本发明中采用的是最高支持1Gsps的14位ADC。该ADC具有14对差分数据和1对差分时钟输出，FPGA通过该时钟接收数据。

来自FPGA的控制信号，通过串行输入的方式，在两块级联的移位寄存器上并行输出开关控制信号，用于控制模拟通道的继电器和模拟开关状态。因为在级联过程中采用的最后一位反相输出的结果作为另一片移位寄存器的输入，因此部分输入数据和实际继电器状态控制要求逻辑相反。

如图1所示，数据采集系统的各个模拟通道和数字电路部分相互隔离，数据信号通过不同的隔离器件实现传输，电源通过隔离电源模块实现能量传输。ADC需要FPGA通过SPI总线对其进行配置，该总线在本发明中通过国内公司的两款隔离器传输。其中一种是I2C专用芯片，具有两个双向通道，最高支持2MHz的I2C时钟，因为本发明对ADC配置速度要求较低，SPI总线中的SDIO和SCLK使用该隔离器。另一种是四通道单向隔离器，最高支持150MHz通信速率，控制模拟通道各功能模块的控制信号以及SPI的CSN信号通过该隔离器传输。

在传输ADC高速数据信号和时钟信号时，本发明目前采用差分高速隔离器实现通道间隔离和数据传输。该隔离器产品具有四个通道，每个通道最高允许2.5Gbps的数据信号通过，四个通道共有10Gbps的带宽。本发明中单通道采用四片该型隔离器传输ADC差分数据信号和差分时钟。

ADC将波形数据传输给FPGA后，在FPGA种做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线能够读取DDR中存储的数据。同时，主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。

具体实施例十二：

本申请实施例十二与实施例十一的区别仅在于：

本发明的技术原理包括：利用具有较高隔离度的高速差分数字信号隔离器件和隔离电源，在PXIe数据采集模块中设计N个通道间隔离的模拟信号通道，确保数字信号和N个模拟信号通道之间相互隔离，整体各部分隔离度约为500V；通过N个最高支持200MSa/s采样速率的高速模数转换器实现对N个通道的模拟信号的模数转换；每一个通道的模拟信号调理电路通过板对板连接器与上述数字电路板卡连接，能够实现灵活的替换，通过FPGA对配置各个通道的采集功能；最后，采用多组DDR存储器和高性能FPGA实现PCIe高速数据传输和波形数据存储需求。

根据本发明的技术原理，本发明的支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块各部分的功能和工作方式分别是：

数字控制和数据传输模块主要包括数据缓存区、可编程逻辑、时钟系统和PCIe接口四部分，通过可编程逻辑实现PCIe接口和数据缓存区之间的通信。

数据缓存区是高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，其每个数据采集通道的存储深度能够支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据。可编程逻辑通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器，通过该方式不仅能够实现实时的波形数据上传和显示，还可以将数据存入外部固态硬盘等存储介质中，实现波形数据的长时间记录。通过解析主控制器发送的数据采集控制命令，模块中可编程逻辑还能够对不同通道的模数转换器的采样率、模拟信号调理电路和时钟系统等功能单元进行配置。可编程逻辑中具备波形参数测量、触发等功能，能够实时计算和分析波形数据。时钟系统由两片锁相环构成，一片锁相环为可编程逻辑和多组DDR3L存储器提供工作时钟，另一片锁相环为多个通道的模数转换器提供多路同源采样时钟，同时该锁相环具备时钟源切换功能，根据数据采集模块工作需求可配置使用模块上的晶振时钟或者来自PXIe背板的高精度差分时钟。

电源和数据信号隔离主要包括数据信号隔离和电源隔离两部分构成，每一组的数据采集通道与数字部分的隔离结合使用高速差分信号隔离器和低速隔离器实现不同类型信号的隔离，不同模拟通道使用的隔离电源通过变压器和线性稳压器产生。PXIe背板的12V电源通过隔离变压器可以产生+12V和－12V的电源，再使用线性稳压器将－12V电源转换为模数转换器需要的－5.6V的电源。单片高速差分信号隔离器芯片最多能够支持四路单向差分信号通过，每个数据采集通道的模数转换器和可编程逻辑之间需要五片该型号隔离器，分别用于传输波形数据信号、差分时钟和同步信号。每个数据采集通道需要采用两种低速隔离器，传输模数转换器SPI配置信号的隔离器最高支持150Mbps单向数字信号通过，另一种最高支持2Mbps数据的双端口隔离器传输串行模拟信号调理电路开关控制信号。

数据采集模拟通道包括信号调理电路和模数转换电路两部分，其中每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。两片8位移位寄存器能够将串行的模拟信号调理电路开关控制信号转换成并行的控制信号，用于控制信号调理电路中的继电器和模拟开关。模拟信号在输入后通过信号调理电路的信号衰减、信号放大和模拟滤波等电路后，调整到模数转换器的输入范围。信号衰减和信号放大通过开关控制信号控制继电器开关状态，改变阻容网络的连接状态实现放大或衰减倍数的切换。模拟滤波电路采用模拟开关能够改变低通滤波器的截止频率，通过RC低通滤波器网络能够实现八种频率的滤波器切换。信号调理电路支持直流耦合、交流耦合和GND耦合三种输入耦合方式的切换，通过切换耦合方式测量不同类型的模拟信号和完成零位校准。每一个模拟通道输入端口与一个气体放电管相连，能够确保后级电路不会被超过500V的输入电压破坏，进一步提高模块在复杂环境下使用的安全。

模数转换器由可编程逻辑通过隔离器发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率等工作参数的配置，并通过高速隔离器将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑。通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通道的同步数据采集。

本发明中一共支持五种数据采集模拟通道同时工作，涵盖电压、电流、温度、应变力和加速度测量功能，其中电压测量模块一的能够测量的最大输入电压为400V，模数转换器的最大采样率为200MSa/s；电压测量模块二支持测量30Vrms和DC 60V的电压，测量的分辨率为11bit；电流、温度和应变力测量模块均是基于电压测量模块二实现，通过电流钳上的钳式传感器、热电偶和加速度传感器分别实现不同功能的测量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

以上所述仅是一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块的优选实施方式，一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：所述模块包括：多个通道间隔离的模拟信号通道、数据缓存区、可编程逻辑FPGA、时钟系统、PCIe接口和数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道输出隔离信号至可编程逻辑FPGA，可编程逻辑FPGA分别连接数据缓存区和时钟系统，可编程逻辑FPGA连接PCIe接口，所述PCIe接口连接数据传输接口；

所述多个通道间隔离的模拟信号通道包括信号调理电路、模数转换电路和信号隔离单元，信号隔离单元采用独立的板对板连接器，每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：所述可编程逻辑FPGA包括采集控制单元、数字信号处理单元、存储控制单元和PCIe模块；

所述采集控制单元控制采集多个通道间隔离的模拟信号通道的模拟信号，并将信号传输至所述数字信号处理单元和存储控制单元，所述数字信号处理单元和存储控制单元进行数据交互，所述所述数字信号处理单元和存储控制单元信号输出端均与PCIe模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：

数据缓存区采用高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，每个数据采集通道的存储深度支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据；

可编程逻辑FPGA通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器。

4.根据权利要求3所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：

模数转换电路由可编程逻辑FPGA通过信号隔离单元发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率工作参数的配置，并通过信号隔离单元将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑FPGA,通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通道的同步数据采集。

5.根据权利要求4所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：通过电流钳上的钳式传感器、热电偶和加速度传感器分别实现不同功能的测量,包括电压、电流、温度、应变力和加速度测量。

6.根据权利要求5所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：各部分隔离度为500V；通过N个最高支持200MSa/s采样速率的高速模数转换电路实现对N个通道的模拟信号的模数转换。

7.根据权利要求6所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：时钟系统由两片锁相环构成，一片锁相环为可编程逻辑FPGA和多组DDR3L存储器提供工作时钟，另一片锁相环为多个通道的模数转换电路提供多路同源采样时钟，同时锁相环具备时钟源切换功能，根据数据采集模块工作需求可配置使用模块上的晶振时钟或者来自PXIe背板的高精度差分时钟。

8.一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：

通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；

通过可编程逻辑FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；

在可编程逻辑FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求8所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求8所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。

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