CN216647366U - 一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及声呐信号处理技术领域，尤其是一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，包括主控单元、数模转换单元和系统电源，其中主控单元包括主控功能电路、DDR3SDRAM存储电路、网络交换机、千兆以太网接口电路、时钟功能电路，数模转换单元包括逻辑单元功能电路、数模转换功能电路、运算放大功能电路、模拟信号接口，系统电源提供模块各电路所需的各类电源，本实用新型实现多通道高精度的差分信号输出，输出信号具有强抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及声呐信号处理技术领域，具体领域为一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块。
背景技术
声纳信号处理机主要负责接收浮标接收机或远程数据采集单元发送的浮标原始声数据，对其进行信号处理和信息处理，输出处理结果送声纳显控处理机显示，同时通过千兆以太网络接口把前端数据发送至该模块，该模块完成网络数据的接收、交换和相关命令的发送、同时输出多通道差分模拟信号供后端收听台位和数据记录台位使用。
根据项目需求，需要研制一种具有网络交换功能的多通道高精度差分模拟信号输出的模块。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，包括主控单元、数模转换单元和系统电源，
所述主控单元包含主控功能模块、存储模块、网络交换机、千兆以太网接口模块以及时钟功能模块，所述存储模块、网络交换机分别与主控功能模块通信连接，千兆以太网接口模块与网络交换机通信连接，时钟功能模块与主控功能模块通信连接；
所述数模转换单元包含逻辑单元功能模块、数模转换功能模块、运算放大功能模块和模拟信号接口，所述数模转换功能模块与逻辑单元功能模块连接，运算放大功能模块与数模转换功能模块连接，模拟信号接口与运算放大功能模块连接，所述逻辑单元功能模块与主控功能模块通信连接，所述的时钟功能模块与逻辑单元功能模块通信连接；
所述系统电源用于对主控单元和数模转换单元供电。
优选的，所述存储模块为DDR3 SDRAM存储功能电路。
优选的，所述主控功能模块采用DDR3标准接口，主控功能模块通过DDR3标准接口与DDR3 SDRAM存储功能模块通信。
优选的，所述主控功能模块与千兆以太网接口模块之间为标准千兆以太网电接口数据传输。
优选的，所述主控功能模块与逻辑单元功能模块之间通过增强型本地总线进行互连通信。
优选的，所述的数模转换功能模块为数模转换芯片，所述数模转换芯片的分辨率为16bit。
优选的，所述的模拟信号接口输出差分信号。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本发明技术方案中，所提供的基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，具有接口方便，数据处理能力强大，输出的模拟信号通道多、精度高等特点。其中具有主控功能的主控单元使用P2020作为主芯片，该芯片工作主频高，接口丰富，性能稳定，可以适用于严苛的环境，模块提供千兆以太网电接口，运行TCP/IP协议，可方便与其他设备连接；具有数模转换功能的数模转换单元使用FPGA作为逻辑控制芯片，灵活便捷，稳定可靠，采用高分辨率的数模转换芯片和高性能的两级运算放大器，模拟信号最终实现多通道高精度的差分信号输出，输出信号具有强抗干扰能力。
附图说明
图1为本实用新型的模块系统结构框图；
图2为本实用新型的模块数据流程框图；
图中：A、主控单元；B、数模转换单元；C、系统电源；
1、主控功能电路；2、存储电路；3、网络交换机；4、千兆以太网络接口电路；5、千兆以太网接口；6、时钟功能电路；7、逻辑单元功能电路；8、数模转换功能电路；9、运算放大功能电路；10、模拟信号接口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至2，本实用新型提供一种技术方案：一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，包括主控单元、数模转换单元和系统电源，
主控功能电路采用P2020作为主芯片，该芯片是采用PowerPC架构的双核处理器，工作主频高、接口资源丰富，可提供3个千兆以太网接口。前端网络数据通过千兆以太网交换芯片与P2020通信，采用标准的TCP/IP协议，实现千兆网络数据的传输。所述数模转换单元采用FPGA作为逻辑控制芯片，该FPGA管脚资源丰富，具有灵活便捷的优势，直接把通用的并行数据转换成串行数据发送至串行数模转换芯片，并通过后端两级运算放大电路对其进行信号模式转换及电平转换。
所述主控单元包含主控功能模块、存储模块、网络交换机、千兆以太网接口模块以及时钟功能模块，所述存储模块、网络交换机分别与主控功能模块通信连接，千兆以太网接口模块与网络交换机通信连接，时钟功能模块与主控功能模块通信连接；
所述存储模块为DDR3 SDRAM存储功能电路。
所述主控功能模块采用DDR3标准接口，主控功能模块通过DDR3标准接口与DDR3SDRAM存储功能模块通信，为保证CPU能够高速稳定地运行和较高数据存储速度，采用数据带宽和工作频率更高、功耗更低的DDR3 SDRAM，数据位宽为64bit。
当外部有数据进来时，千兆以太网接口接收相关数据，通过网络交换机进入CPU，再进行数据解包处理后写入DDR3 SDRAM的相应地址空间进行缓存。
所述数模转换单元包含逻辑单元功能模块、数模转换功能模块、运算放大功能模块和模拟信号接口，所述数模转换功能模块与逻辑单元功能模块连接，运算放大功能模块与数模转换功能模块连接，模拟信号接口与运算放大功能模块连接，所述逻辑单元功能模块与主控功能模块通信连接，所述的时钟功能模块与逻辑单元功能模块通信连接；
逻辑单元功能电路中的FPGA采用Xilinx公司的器件，CPU把缓存在DDR3SDRAM的数据发送给FPGA，FPGA完成数据的接收和格式转换处理之后传送给数模转换芯片，数模转换芯片后端采用两级放大电路输出信号。
为保证运算放大电路可以利用较少的器件实现多通道的模拟信号输出，采用高性能的运算放大器和多个负载的处理方式实现。
所述系统电源用于对主控单元和数模转换单元供电。
所述主控功能模块与千兆以太网接口模块之间为标准千兆以太网电接口数据传输，保证对外网络接口的通用性。
所述主控功能模块与逻辑单元功能模块之间通过增强型本地总线进行互连通信，保证CPU与FPGA之间有足够的数据带宽，。
所述的数模转换功能模块为数模转换芯片，所述数模转换芯片的分辨率为16bit，保证数模转换电路可以输出高精度的模拟信号，采用分辨率为16位的高精度串行数模转换器件，并采用低噪声的电源芯片并在模拟电源输出端采取滤波等措施。
所述的模拟信号接口输出差分信号，为增强模块输出的模拟信号有较强的抗干扰能力，且能有效抑制EMI，采用单端转差分的运算放大器使输出信号转成差分信号输出。
为缩短开发周期，保证软件开发的的灵活性和可靠性，基于CPU的操作系统采用嵌入式Linux，该操作系统具有良好的稳定性、可靠的安全性，提供了网络、存储等等各种接口的驱动支持，方便开发者进行软件开发。
通过本技术方案，主控功能电路中的主控芯片与网络交换机和DDR3 SDRAM存储电路之间建立互连关系，使外部进来的千兆以太网数据通过网络交换机之后进入CPU，经过CPU解析处理之后存放于DDR3 SDRAM相应的地址空间，所述主控功能电路中主控CPU与逻辑单元功能电路的控制芯片FPGA之间建立互连关系，使CPU的数据可以通过增强型本地总线以一定的时序和格式传输给FPGA。
进一步的，所述逻辑单元电路中FPGA采用xilinx公司的器件，在FPGA上运行数据接收和数模转换的相关代码，使数据以标准格式发送给数模转换芯片。
进一步的，为实现高精度的数模转换，单通道数模转换芯片采用分辨率为16bit的高精度器件，并采用低噪声的电源芯片并在模拟电源输出端采取滤波等措施。
进一步的，为增强模拟信号的驱动能力，运算放大器采用圣邦威公司的器件，用多路负载的处理方式实现多通道转换。
进一步的，为增强模块输出的模拟信号有较强的抗干扰能力且能有效抑制EMI，模拟信号接口采用具有单端转差分功能的芯片实现。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：包括主控单元、数模转换单元和系统电源，
所述主控单元包含主控功能模块、存储模块、网络交换机、千兆以太网接口模块以及时钟功能模块，所述存储模块、网络交换机分别与主控功能模块通信连接，千兆以太网接口模块与网络交换机通信连接，时钟功能模块与主控功能模块通信连接；
所述数模转换单元包含逻辑单元功能模块、数模转换功能模块、运算放大功能模块和模拟信号接口，所述数模转换功能模块与逻辑单元功能模块连接，运算放大功能模块与数模转换功能模块连接，模拟信号接口与运算放大功能模块连接，所述逻辑单元功能模块与主控功能模块通信连接，所述的时钟功能模块与逻辑单元功能模块通信连接；
所述系统电源用于对主控单元和数模转换单元供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述存储模块为DDR3 SDRAM存储功能电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述主控功能模块采用DDR3标准接口，主控功能模块通过DDR3标准接口与DDR3 SDRAM存储功能模块通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述主控功能模块与千兆以太网接口模块之间为标准千兆以太网电接口数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述主控功能模块与逻辑单元功能模块之间通过增强型本地总线进行互连通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述的数模转换功能模块为数模转换芯片，所述数模转换芯片的分辨率为16bit。
7.根据权利要求1所述的一种基于高速数字电路的多通道高精度数字模拟混合模块，其特征在于：所述的模拟信号接口输出差分信号。
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