CN206559624U - 一种具有高隔离度的多通道数字采集板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及数字采集技术领域，公开了一种具有高隔离度的多通道数字采集板。针对多通道数字采集板，通过在板上进行分区设计、区间板铜缺失设计及通道间板铜缺失设计，可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现通道间和分区间的大范围电性隔离，从而可防止出现通道间和分区间的干扰，有效提高通道间的隔离度和系统信噪比,经过试验测试，可以在现有基础上有效提高通道隔离度，即获取100dB以上的通道隔离度(现在一般为90dB)。

Description

一种具有高隔离度的多通道数字采集板

技术领域

本实用新型涉及数字采集技术领域，具体地，涉及一种具有高隔离度的多通道数字采集板。

背景技术

音频采集卡(以下简称“音频卡”)用于采集低频信号，在工业、军事等领域的应用非常广泛。随着待检测音频信号的信号强度越来越微弱，对音频卡自身的要求也就越来越高，即对分辨率、测量精度等方面的要求要越来越高。

在实际应用中，为了提高采集效率和集成度，音频采集卡一般会设计有多个音频信号导入通道，但是这样会出现在通道与通道之间存在相互影响的情况，如果通道隔离度不好，将难以实现微弱信号的检测，影响最终的采集结果。例如市面上的某些芯片虽然集成4、8或16通道等，但这些芯片的通道隔离度往往不高，一般在90dB左右。

实用新型内容

针对现有多通道音频采集卡/数字采集板普遍存在通道隔离度有限的问题，本实用新型提供了一种新型的、具有高隔离度的多通道数字采集板。

本实用新型采用的技术方案,提供了一种具有高隔离度的多通道数字采集板，包括电路板，所述电路板分为模拟电路区、数字电路区和数据收发电路区，其中，所述模拟电路区又包含有多条模拟信号导入通道；在各条所述模拟信号导入通道中分别布置有依次通信串联的模拟信号输入插接件、单端转差分转换器和模数转换器，在所述数字电路区中布置有数字采集处理单元和存储单元，在所述数据收发电路区中布置有数据收发单元，所述数字采集处理单元分别通信连接所述存储单元、所述数据收发单元和各个所述模数转换器；所述模拟电路区与所述数字电路区通过条状的板铜层缺失区非完全地分隔开来，所述数字电路区与所述数据收发电路区也通过条状的板铜层缺失区非完全地分隔开来，所有相邻的两模拟信号导入通道通过条状的板铜层缺失区分隔开来。

优化的，在所述模拟电路区中还布置有板卡总电源单元和模拟电源单元，在所述数字电路区中还布置有数字电源单元；所述板卡总电源单元的电能输出端分别电连接所述模拟电源单元和所述数字电源单元的电能输入端，所述模拟电源单元的电能输出端分别在电连接低通滤波器后电性接入各条所述模拟信号导入通道，所述数字电源单元的电能输出端分别电连接所述数字采集处理单元和所述存储单元的电能输入端。进一步优化的，所述低通滤波器为π型LC低通滤波电路。

优化的，所述板卡总电源单元为PCI-E接口。

优化的，当所述电路板为多层板时，所述模拟电路区与所述数字电路区或所述数字电路区与所述数据收发电路区的板上器件和/或板上走线分别布置在不同的板层。

优化的，所述模拟信号输入插接件为BNC接口。

优化的，所述数据收发模块包括PCI-E接口、以太网接口和/或UART接口。

优化的，所述存储单元为SD存储卡、FLASH存储芯片、DDR3存储芯片、EEPROM存储芯片、MRAM存储芯片、FRAM存储芯片中的任意一种或它们的任意组合。

综上，采用本实用新型所提供的具有高隔离度的多通道数字采集板，具有如下有益效果：(1)针对多通道数字采集板，通过在板上进行分区设计、区间板铜缺失设计及通道间板铜缺失设计，可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现通道间和分区间的大范围电性隔离，从而可防止出现通道间和分区间的干扰，有效提高通道间的隔离度和系统信噪比,经过试验测试，可以在现有基础上有效提高通道隔离度，即获取100dB以上的通道隔离度(现在一般为90dB)；(2)通过将数字电源和模拟电源设计在不同的区间，实现两电源的有效隔离，进一步提高系统信噪比；(3)通过将相邻区间的板上器件/走线设计在不同的板层，可以进一步实现电性隔离，提高通道间的隔离度和系统信噪比；(4)所述多通道数字采集板还具有结构简单和易于加工实现等优点，利于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的具有高隔离度的多通道数字采集板的结构示意图。

上述附图中：1、模拟电路区 101、模拟信号导入通道 2、数字电路区 3、数据收发电路区 4、板铜层缺失区 5、低通滤波器。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的具有高隔离度的多通道数字采集板。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本实用新型提供的具有高隔离度的多通道数字采集板的结构示意图。本实施例提供的所述具有高隔离度的多通道数字采集板，包括电路板，所述电路板分为模拟电路区1、数字电路区2和数据收发电路区3，其中，所述模拟电路区1又包含有多条模拟信号导入通道101；在各条所述模拟信号导入通道101中分别布置有依次通信串联的模拟信号输入插接件、单端转差分转换器和模数转换器，在所述数字电路区2中布置有数字采集处理单元和存储单元，在所述数据收发电路区3中布置有数据收发单元，所述数字采集处理单元分别通信连接所述存储单元、所述数据收发单元和各个所述模数转换器；所述模拟电路区1与所述数字电路区2通过条状的板铜层缺失区4非完全地分隔开来，所述数字电路区2与所述数据收发电路区3也通过条状的板铜层缺失区4非完全地分隔开来，所有相邻的两模拟信号导入通道101通过条状的板铜层缺失区4分隔开来。

如图1所示，在所述多通道数字采集板中，具体的，在所述模拟电路区1设有四条并排的所述模拟信号导入通道101，并在相邻两通道间开有长条状的板铜层缺失区4。在各条所述模拟信号导入通道101中，所述模拟信号输入插接件用于导入外部的待采集信号，其可以但不限于为BNC接口(Bayonet Nut Connector，刺刀螺母连接器)，使所述多通道数字采集板具有音频采集功能；所述单端转差分转换器用于对输入的单端信号(例如音频信号)进行信号调理，即将输入的单端信号转换为差分信号，以便适应后续的模数转换器；所述模数转换器用于将差分模拟信号转换为16bit、双线并行的DDR LVDS(即具有双倍速率的低压差分信号)差分数字信号，最后将所述DDR LVDS差分数字信号传送给数字采集处理单元。所述数字采集处理单元用于根据所述DDR LVDS差分数字信号获取对应的采集数据，并将采集数据存储在所述存储单元中或通过所述数据收发单元传送出去，其可以但不限于采用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片实现。

由于在相邻两通道间开有长条状的板铜层缺失区4，可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现通道间的大范围电性隔离，防止出现通道间的模-模信号干扰。同时在相邻电路分区间也设有长条状的板铜层缺失区4(由于是非完全地分隔，分区间的走线可在局部相连处通过)，同样可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现分区间的大范围电性隔离，防止出现分区间的模-数干扰或数-数干扰。由此通过在板上进行分区设计、区间板铜缺失设计及通道间板铜缺失设计，可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现通道间和分区间的大范围电性隔离，从而可防止出现通道间和分区间的干扰，有效提高通道间的隔离度和系统信噪比,经过试验测试，可以在现有基础上有效提高通道隔离度，即获取100dB以上的通道隔离度(现在一般为90dB)。此外，由于所述板铜层缺失区4可直接通过对电路板进行掩膜腐蚀处理得到，因此所述多通道数字采集板还具有结构简单和易于加工实现等优点，利于实际推广和应用。

优化的，在所述模拟电路区1中还布置有板卡总电源单元和模拟电源单元，在所述数字电路区2中还布置有数字电源单元；所述板卡总电源单元的电能输出端分别电连接所述模拟电源单元和所述数字电源单元的电能输入端，所述模拟电源单元的电能输出端分别在电连接低通滤波器5后电性接入各条所述模拟信号导入通道101，所述数字电源单元的电能输出端分别电连接所述数字采集处理单元和所述存储单元的电能输入端。如图1所示，通过将数字电源和模拟电源设计在不同的区间，还可以实现两电源的有效隔离，进一步提高系统信噪比。具体的，所述低通滤波器5可以但不限于为π型LC低通滤波电路。所述板卡总电源单元可以但不限于为PCI-E接口。所述数字电源单元和所述模拟电源单元可以均采用高PSRR(电源纹波抑制比)的LDO(低压差稳压器)，以便得到到低噪声、低纹波的稳定电压，提高系统噪声的吸收能力。

优化的，当所述电路板为多层板时，所述模拟电路区1与所述数字电路区2或所述数字电路区2与所述数据收发电路区3的板上器件和/或板上走线分别布置在不同的板层。通过前述设计，同样可以使相连两电路分区上的板上器件/板上走线的绝缘距离最大化，进一步实现电性隔离，提高系统信噪比。

优化的，所述数据收发单元可以但不限于包括PCI-E接口(Peripheral ComponentInterconnect-Express，外设部件互连标准-扩展)、以太网接口和/或UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口等数据收发模块。

优化的，所述存储单元可以但不限于为SD存储卡、FLASH存储芯片、DDR3存储芯片、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)存储芯片、MRAM((Magnetic Random Access Memory，非挥发性的磁性随机存储器)存储芯片、FRAM(Ferromagnetic Random Access Memory，铁电存储器)存储芯片等非易失性存储介质中的任意一种或它们的任意组合。其中，所述DDR3存储芯片可专用于缓存临时数据，所述EEPROM存储芯片可专用于存储配置参数。

本实施例提供的所述具有高隔离度的多通道数字采集板，具有如下有益效果：(1)针对多通道数字采集板，通过在板上进行分区设计、区间板铜缺失设计及通道间板铜缺失设计，可以利用板铜层缺失区的绝缘性实现通道间和分区间的大范围电性隔离，从而可防止出现通道间和分区间的干扰，有效提高通道间的隔离度和系统信噪比,经过试验测试，可以在现有基础上有效提高通道隔离度，即获取100dB以上的通道隔离度(现在一般为90dB)；(2)通过将数字电源和模拟电源设计在不同的区间，实现两电源的有效隔离，进一步提高系统信噪比；(3)通过将相邻区间的板上器件/走线设计在不同的板层，可以进一步实现电性隔离，提高通道间的隔离度和系统信噪比；(4)所述多通道数字采集板还具有结构简单和易于加工实现等优点，利于实际推广和应用。

如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的具有高隔离度的多通道数字采集板并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有高隔离度的多通道数字采集板，包括电路板，其特征在于，所述电路板分为模拟电路区(1)、数字电路区(2)和数据收发电路区(3)，其中，所述模拟电路区(1)又包含有多条模拟信号导入通道(101)；

在各条所述模拟信号导入通道(101)中分别布置有依次通信串联的模拟信号输入插接件、单端转差分转换器和模数转换器，在所述数字电路区(2)中布置有数字采集处理单元和存储单元，在所述数据收发电路区(3)中布置有数据收发单元，所述数字采集处理单元分别通信连接所述存储单元、所述数据收发单元和各个所述模数转换器；

所述模拟电路区(1)与所述数字电路区(2)通过条状的板铜层缺失区(4)非完全地分隔开来，所述数字电路区(2)与所述数据收发电路区(3)也通过条状的板铜层缺失区(4)非完全地分隔开来，所有相邻的两模拟信号导入通道(101)通过条状的板铜层缺失区(4)分隔开来。

2.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，在所述模拟电路区(1)中还布置有板卡总电源单元和模拟电源单元，在所述数字电路区(2)中还布置有数字电源单元；

所述板卡总电源单元的电能输出端分别电连接所述模拟电源单元和所述数字电源单元的电能输入端，所述模拟电源单元的电能输出端分别在电连接低通滤波器(5)后电性接入各条所述模拟信号导入通道(101)，所述数字电源单元的电能输出端分别电连接所述数字采集处理单元和所述存储单元的电能输入端。

3.如权利要求2所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述低通滤波器为π型LC低通滤波电路。

4.如权利要求2所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述板卡总电源单元为PCI-E接口。

5.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，当所述电路板为多层板时，所述模拟电路区(1)与所述数字电路区(2)或所述数字电路区(2)与所述数据收发电路区(3)的板上器件和/或板上走线分别布置在不同的板层。

6.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述模拟信号输入插接件为BNC接口。

7.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述数据收发模块包括PCI-E接口、以太网接口和/或UART接口。

8.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述存储单元为SD存储卡、FLASH存储芯片、DDR3存储芯片、EEPROM存储芯片、MRAM存储芯片、FRAM存储芯片中的任意一种或它们的任意组合。

9.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的多通道数字采集板，其特征在于，所述数字采集处理单元采用FPGA芯片。