CN209417576U - 基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的是基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，包括上位机，上位机通信连接有PXIe总线接口电路，PXIe总线接口电路包括数据通讯总线、电源总线，数据通讯总线依次通信连接有FPGA电路、DSP处理器，FPGA电路通信连接有多个信号通道，信号通道包括依次序通信连接的数字隔离电路、数模转换器、模拟输出通道，电源总线连接有多个隔离电源模块，每个电源模块连接有一个电源变换电路，电源变换电路分别与同一个信号通道上的数模转换器、模拟输出通道电连接以供电，本实用新型提高了可靠性、安全性及抗干扰性，运算能力强，为组建复杂应用系统提供强大的运算平台，使得输出卡的适用性强。

Description

基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡

技术领域

本实用新型涉及一种多通道隔离信号输出卡，更具体一点说，涉及一种基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡。

背景技术

信号源一般是由处理器计算出需要的数据，然后将数据传递给对应数模转换器，数模转换器将数字信号转换为模拟信号后经由模拟输出电路输出。在多轴多点振动控制、电力设备测试、声学分析等领域，常常需要使用多通道输出的信号源产生多个的原始信号给多台功率放大器放大，放大后的信号提供给多台被激设备(比如振动台、电力电容器、作动器等)来完成需要的试验、测试。

现在常见的信号输出卡基本是基于PCI或PCIe总线的信号输出卡，基于PCI或PCIe总线的信号输出卡是插在计算机内PCI或PCIe插槽上的信号输出卡，输出卡与计算机主板间采用金手指互连方式，在恶劣的振动应用场合，其可靠性很难满足要求。基于PCI或PCIe总线的信号输出卡的输出与电源之间都是共地的，输出卡的多路输出之间也都是共地的，这些输出与后续的功率放大器都是直接连接，功率放大器及其激励的各种设备都是小至几kVA、大至几百甚至几千kVA的大功率设备，在它们工作不稳时很容易在信号环路上产生瞬间的冲击，这个冲击经由信号输出卡释放，瞬间的释放电流非常大，会对信号输出卡、功率放大器、振动台及被测设备造成损坏，而且易对于操作人员也造成伤害，由于信号输出卡的多路输出之间也都是共地的，所以在出现上述情况时产生的瞬间冲击容易通过信号输出卡引入到其它正常工作的功率放大器、被激设备，容易导致设备的损坏；另外信号输出卡的多个输出和后续的多台功率放大器共地，所以整个系统的工频回路非常复杂，容易引入工频环路噪声，导致系统噪声加大，并且由于工频回路非常复杂，很难查找噪声源头和释放路径。

实用新型内容

为了解决上述现有技术问题，本实用新型提供具有高可靠性、高安全性、强运算能力以及可提高抗工频干扰能力等技术特点的一种基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡。

为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，包括上位机，所述上位机通信连接有PXIe总线接口电路，所述PXIe总线接口电路包括数据通讯总线、电源总线，所述数据通讯总线依次通信连接有FPGA电路、DSP处理器，所述FPGA电路通信连接有多个信号通道，所述信号通道包括依次序通信连接的数字隔离电路、数模转换器、模拟输出通道，所述电源总线连接有多个隔离电源模块，每个电源模块连接有一个电源变换电路，所述电源变换电路分别与同一个信号通道上的数模转换器、模拟输出通道电连接以供电。

作为一种改进，所述PXIe总线接口电路采用针孔连接器。

作为一种改进，所述针孔连接器为ERNI公司的ERmet ZD或ERmet zeroXT系列的连机器。

作为一种改进，所述DSP处理器采用TI公司的6000系列32位高速浮点DSP处理器。

作为一种改进，所述FPGA电路采用XILINX公司的SPANTAN6LXT系列FPGA芯片。

作为一种改进，所述数字隔离电路包括高速数字隔离芯片，所述高速数字隔离芯片采用TI公司的ISO系列的数字隔离芯片，所述高速数字隔离芯片传递信号的频率最高为150MHz，最高承载电压为4000V。

作为一种改进，所述数模转换器包括AD采样芯片，所述AD采样芯片型号为AKM公司的AK44520。

作为一种改进，所述隔离电源模块包括隔离DC/DC模块，所述隔离DC/DC模块型号为上海恒率公司的S12S09-2W。

有益效果：1、提高了可靠性和安全性，为多通道信号输出卡提供可靠的通信方案，采用针孔连接的PXIe总线与上位机通信，大大提高了通讯的可靠性，在模数转换器的前端采用了数字和电源的隔离处理，切断了功率放大器工作不稳定时产生的瞬间冲击通过输出通道释放的放电回路，不易损坏信号输出卡和功率放大器，提高了安全性；

2、实现了多通道信号输出卡的各个输出通道与电源地之间隔离，各个输出通道之间彼此隔离，提高了可靠性、安全性及抗干扰性，在模数转换器的前端采用了数字和电源的隔离处理，切断了工频噪声的窜扰环路，不会受工频噪声干扰；

3、运算能力强，集成的高速浮点DSP处理器和FPGA处理器，具有快速的浮点运算和逻辑运算能力，为组建复杂应用系统提供强大的运算平台，使得输出卡的适用性强。

附图说明

图1是本实用新型结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1

如图1所示为基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡的具体实施例，该实施例基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，包括上位机，所述上位机通信连接有PXIe总线接口电路，PXIe总线接口电路采用针孔连接器，提高了可靠性，使得本卡可以在恶劣的振动应用场合正常工作，针孔连接器为ERNI公司的ERmet ZD或ERmet zeroXT系列的连机器，PXIe总线接口电路包括数据通讯总线、电源总线，数据通讯总线是采用高速串行差分信号和交换式结构的PCIe总线，数据吞吐量高，通信可靠，电源总线为输出卡提供电源，所述数据通讯总线依次通信连接有FPGA电路、DSP处理器，FPGA电路采用XILINX公司的SPANTAN6LXT系列FPGA芯片，DSP处理器采用TI公司的6000系列32位高速浮点DSP处理器，FPGA电路通信连接有多个信号通道，多通道信号输出卡集成高速浮点DSP处理器和FPGA电路，具有强大的浮点运算和逻辑运算能力，为组建复杂应用系统提供强大的运算平台，使得输出卡的适用性强，所述信号通道包括依次序通信连接的数字隔离电路、数模转换器、模拟输出通道，数字隔离电路包括高速数字隔离芯片，高速数字隔离芯片采用TI公司的ISO系列的数字隔离芯片，高速数字隔离芯片传递信号的频率最高为150MHz，最高承载电压为4000V所述电源总线连接有多个隔离电源模块，每个电源模块连接有一个电源变换电路，所述电源变换电路分别与同一个信号通道上的数模转换器、模拟输出通道电连接以供电，数模转换器包括AD采样芯片，所述AD采样芯片型号为AKM公司的AK44520，隔离电源模块包括隔离DC/DC模块，所述隔离DC/DC模块型号为上海恒率公司的

S12S09-2W；

FPGA电路与每一路数模转换器之间通过数字隔离电路间接相连，实现与数模转换器间的通讯，采用隔离电源模块将PXIe总线上的电源进行隔离转换，然后由电源变换电路转换出数模转换器、模拟电路需要的各种电压，实现隔离供电。对于优选型号选择为组建复杂应用系统提供强大的运算平台，使得输出卡的适用性强，具体的分析如下：

PXIe总线接口电路：采用ERNI公司的高速高密度连接器，连接器采用针孔结构，有专用的高速串行差分信号接口，能非常好的实现信号的传输；

DSP处理器：采用TI公司的6000系列32位高速浮点DSP处理器，处理器具有8个不同的运算单元，运算速度快，功耗低；

FPGA电路：采用XILINX公司的SPANTAN6LXT系列FPGA芯片，该芯片集成硬件PCIe核，很容易实现PCIe总线到本地处理器的通讯，芯片功耗低，性能强大。

数字隔离电路：采用TI公司的ISO系列高速数字隔离芯片，芯片可传递的数字信号的频率高(达150MHz)，可以满足数模转换电路对数字信号带宽的要求，芯片可以承受的隔离电压高(最高4000V)；

数模转换器：采用AKM公司的AK4452AD采样芯片，采样率高(可达768KHz)、精度高(32位)数模转换器；

隔离电源模块：采用上海恒率公司的S12S09-2W隔离DC/DC模块，该模块将PXIe总线上的12V电压转换成9V电压，模块输入、输出间的隔离电压可达1000V。

最后，需要注意的是，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，包括上位机，其特征在于：所述上位机通信连接有PXIe总线接口电路，所述PXIe总线接口电路包括数据通讯总线、电源总线，所述数据通讯总线依次通信连接有FPGA电路、DSP处理器，所述FPGA电路通信连接有多个信号通道，所述信号通道包括依次序通信连接的数字隔离电路、数模转换器、模拟输出通道，所述电源总线连接有多个隔离电源模块，每个电源模块连接有一个电源变换电路，所述电源变换电路分别与同一个信号通道上的数模转换器、模拟输出通道电连接以供电。

2.根据权利要求1所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述PXIe总线接口电路采用针孔连接器。

3.根据权利要求2所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述针孔连接器为ERNI公司的ERmet ZD或ERmet zeroXT系列的连机器。

4.根据权利要求1或3所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述DSP处理器采用TI公司的6000系列32位高速浮点DSP处理器。

5.根据权利要求4所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述FPGA电路采用XILINX公司的SPANTAN6 LXT系列FPGA芯片。

6.根据权利要求1或2或3或5所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述数字隔离电路包括高速数字隔离芯片，所述高速数字隔离芯片采用TI公司的ISO系列的数字隔离芯片，所述高速数字隔离芯片传递信号的频率最高为150MHz，最高承载电压为4000V。

7.根据权利要求6所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述数模转换器包括AD采样芯片，所述AD采样芯片型号为AKM公司的AK44520。

8.根据权利要求1或2或3或5或7所述的基于PXIe总线的多通道隔离信号输出卡，其特征在于：所述隔离电源模块包括隔离DC/DC模块，所述隔离DC/DC模块型号为上海恒率公司的S12S09-2W。