CN205596099U - 一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，具体涉及电子设备技术领域。其解决了对多路ADC进行校准的方式存在需要外接校准信号源及浪费时间、观测有误差等的不足。该内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，包括数模转换器(DAC)，数模转换器的输出端接入运算放大器，运算放大器通过通道电路连接模数转换器(ADC)，模数转换器连接可编程门阵列芯片(FPGA)，可编程门阵列芯片连接外设部件互连标准(PCI)接口芯片，外设部件互连标准接口芯片通过外设部件互连标准总线(PCI总线)连接CPU模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子设备技术领域，具体涉及一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置。
背景技术
在高速数据采集系统中，为了提高采样率，通常采用多路模数转换器(ADC)并行采样的方式。通过集成化电路设计，可以将多路ADC封装在一个芯片中。目前使用的高速ADC集成芯片，内部一般均集成有多路的ADC。在使用时，通过对芯片控制寄存器进行配置，既可以将其内部的多路ADC独立使用，也可以将其内部的多路ADC组合使用，使其工作在并行采样方式，以提高采样率。由于集成芯片内部电路的误差，或者工作环境的变化，多路ADC工作在并行采样模式时，需要对多路ADC的偏置、增益进行校准，使其性能一致，才能达到理想的采样效果，提高系统性能。
目前使用的高速ADC集成芯片，对内部的多路ADC均设计有单独的偏置、增益配置寄存器，通过改变这些寄存器的数值，可以在一定范围内调节ADC的采样数据。将ADC的采样数据送到屏幕显示，可以观测到相应的波形形状。通过调节多路ADC的偏置、增益配置寄存器，观测多路ADC对应采样数据的波形，使得多路ADC的采样波形一致，从而对多路ADC进行校准，不仅浪费时间，而且由于观测的误差，使得性能并不能达到完全一致。
现有的数据采集系统基本原理为：如图1所示，外部信号经通道电路送入ADC的信号输入端，ADC对输入的信号进行采样，采集模块读取并保存ADC的采样数据，CPU模块从采集模块获得ADC的采样数据，进行相关处理后送屏幕进行显示。
当高速集成ADC芯片内部的多路ADC性能不一致时，对同一个信号输入，经多路ADC分别采样后，送到屏幕上显示的每一路ADC对应波形的位置、幅度会有一定的误差。特别地，如果将多路ADC组合使用工作在并行采样模式时，因性能的不一致，将影响整个系统的性能。
目前使用的高速ADC集成芯片，对内部的多路ADC均设计有单独的偏置、增益配置寄存器，通过改变这些寄存器的数值，可以在一定范围内调节ADC输出的采样数据的大小。对多路ADC偏置、增益的校准方法多采用外接均值为0的校准信号源，根据每一路ADC的采样数据计算其平均值和幅度，调节每一路ADC的偏置、增益配置寄存器，使其平均值为0，幅度与输入信号幅度一致，实现对多路ADC的偏置和增益的校准。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有的多路模数转换器(ADC)采集系统中，通过调节多路ADC的偏置、增益配置寄存器，观测多路ADC对应采样数据的波形，使得多路ADC的采样波形一致，实现对多路ADC进行校准的方式校准，存在需要外接校准信号源及浪费时间、观测有误差等的不足，提出了一种能够产生校准方波信号，读取采样数据之后，选取其中一路ADC的数值作为基准值，调节其余各路ADC的偏置、增益配置寄存器，使计算结果与基准值一致的一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置。
本实用新型具体采用如下技术方案：
一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，包括数模转换器，所述数模转换器的输出端接入运算放大器，运算放大器通过通道电路连接模数转换器，模数转换器连接可编程门阵列芯片，可编程门阵列芯片连接外设部件互连标准接口芯片，外设部件互连标准接口芯片通过外设部件互连标准总线连接CPU模块。
优选地，所述数模转换器为14位的LTC2610芯片，接入的参考电压为4.096V，能够输出的直流电压的范围为0～4.096V。
优选地，所述运算放大器为AD8513芯片，所述数模转换器的正端接入运算放大器。
优选地，对所述可编程门阵列芯片定时0.5ms，向数模转换器交替输入数值6992、9392，控制数模转换器交替输出1.748V、2.348V的电压。
优选地，所述数模转换器交替输出的1.748V、2.348V的电压经运算放大器后输出信号幅度为±0.6V的方波。
本实用新型具有的有益效果是：该装置自带校准信号源，产生1KHz、幅度可调的校准方波信号，此信号通过通道电路接入ADC芯片的信号输入端，FPGA读取并存储ADC芯片的采样数据，CPU通过PCI总线，以DMA传输方式从FPGA快速读取ADC芯片的采样数据后，计算得到集成ADC芯片内部每一路ADC采样数据的平均值、幅度，将其中的第一路ADC数值作为基准值，通过调节其余各路ADC的偏置、增益寄存器设置数值，使其采样数据的平均值、幅度与基准值一致，在无需外接校准信号源的情况下，实现了对多路ADC的快速自校准，极大地提高了多路ADC校准的便利性；同时该装置自带校准信号源，无需外接校准信号源，使用方便，不受信号源的限制。
附图说明
图1为现有的数据采集系统基本原理框图；
图2为该内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置原理框图；
图3为校准方波信号产生原理图；
图4为内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置的校准流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
如图2所示，一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，包括数模转换器(DAC)，数模转换器的输出端接入运算放大器，运算放大器通过通道电路连接模数转换器(ADC)，模数转换器连接可编程门阵列芯片(FPGA)，可编程门阵列芯片连接外设部件互连标准(PCI)接口芯片，外设部件互连标准接口芯片通过外设部件互连标准总线(PCI总线)连接CPU模块。其中，模数转换器可以用标号D1标示，可编程门阵列芯片可以用标号D2标示，外设部件互连标准接口芯片可以用标号D3标示，CPU模块可以用标号D4标示，数模转换器可以用标号D5标示，运算放大器可以用标号D6标示。
如图3所示，为校准方波信号产生原理图。其中，数模转换器为14位的LTC2610芯片，接入的参考电压为4.096V，可输出的直流电压的范围为0～4.096V，输出电压的计算公式为：V2610＝K/214*4.096V，其中，K为写入DAC的数值，范围为十六进制数值0～3fff。运算放大器为AD8513芯片，数模转换器的正端接入运算放大器，运算放大器的输出电压为：V8513＝(V2610*(R2+R3)-4.096*R3)/R2，本例中，电阻R2、R3相等，此时，运算放大器输出的电压为：V8513＝2*V2610-4.096。对可编程门阵列芯片定时0.5ms，向数模转换器交替输入数值6992、9392，数模转换器交替输出1.748V、2.348V的电压。数模转换器交替输出的1.748V、2.348V的电压经运算放大器后输出信号幅度为±0.6V的方波。
该内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置的工作原理为：校准源输出1KHz、幅度可调的校准方波信号，此信号经通道电路后接入ADC芯片的信号输入端，FPGA读取并存储ADC芯片的采样数据，CPU通过PCI总线，以DMA(不经过CPU干预,直接在外设与内存储器之间进行数据传送)传输方式从FPGA快速读取ADC芯片的采样数据后，分离出每一路ADC的采样数据，然后求取每一路ADC采样数据的平均值和幅度，将其中一路ADC的数值作为基准值，调节其余各路ADC的偏置、增益配置寄存器，使其计算结果与基准值一致，从而实现对多路ADC偏置和增益的快速自校准。
如图4所示，该内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置的校准步骤为：
一、设置D1为并行采样工作方式，初始化内部多路ADC的偏置、增益寄存器为可配置范围的中间值。
二、D4通过D3向D2发送启动命令，D2开始接收并存储D1的采样数据。
三、D2采集结束，通过D3发送中断请求。
四、D4接收到采集结束中断，通过D3的DMA方式快速读取D2保存的采样数据。
五、根据集成ADC并行工作方式的设置，得到内部各路ADC的采样数据。同时为了消除正、负电平切换时边沿数据的影响，忽略这一段时间的采样数据，仅使用正、负电平对应时间段的采样数据。
六、计算各路ADC采样数据的平均值、幅度，并将第一路ADC的平均值、幅度作为基准值。
七、比较其余各路ADC的幅度与基准值的大小关系，若大于基准值，则调节对应ADC的增益寄存器使幅度变小，若小于基准值，则反方向调节对应ADC的增益寄存器使幅度变大。
八、比较其余各路ADC的平均值与基准值的大小关系，若大于基准值，则调节对应ADC的偏置寄存器使平均值变小，若小于基准值，则反方向调节对应ADC的偏置寄存器使平均值变大。
若幅度、平均值全部与基准值相等，则校准完成，否则返回步骤二，根据新设置的偏置、增益寄存器数值，启动D2重新开始采集工作并进行校准计算。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，其特征在于，包括数模转换器，所述数模转换器的输出端接入运算放大器，运算放大器通过通道电路连接模数转换器，模数转换器连接可编程门阵列芯片，可编程门阵列芯片连接外设部件互连标准接口芯片，外设部件互连标准接口芯片通过外设部件互连标准总线连接CPU模块。
2.如权利要求1所述的一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，其特征在于，所述数模转换器为14位的LTC2610芯片，接入的参考电压为4.096V，能够输出的直流电压的范围为0～4.096V。
3.如权利要求1所述的一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，其特征在于，所述运算放大器为AD8513芯片，所述数模转换器的正端接入运算放大器。
4.如权利要求1所述的一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，其特征在于，对所述可编程门阵列芯片定时0.5ms，向数模转换器交替输入数值6992、9392，控制数模转换器交替输出1.748V、2.348V的电压。
5.如权利要求4所述的一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置，其特征在于，所述数模转换器交替输出的1.748V、2.348V的电压经运算放大器后输出信号幅度为±0.6V的方波。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201620328009.XU CN205596099U (zh) | 2016-04-19 | 2016-04-19 | 一种内置的多路模数转换器的偏置和增益快速自校准装置 |
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Publications (1)
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| CN (1) | CN205596099U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106603075A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-04-26 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种多adc高速交叉采样校准装置及校准方法 |
| CN106885932A (zh) * | 2017-02-09 | 2017-06-23 | 深圳市鼎阳科技有限公司 | 一种示波器及其adc一致性补偿方法 |
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2016
- 2016-04-19 CN CN201620328009.XU patent/CN205596099U/zh active Active
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