CN220234685U - 一种基准模拟信号高速传输电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基准模拟信号高速传输电路，包括：一种基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，包括：模拟信号采集端；模拟信号复原端；数据传输通道；所述模拟信号采集端，可通过模拟/数字转换电路(ADC)完成正弦波、方波、锯齿波等波形的数字信号采样、编码，并按照自定义的通信协议进行高速数字传输；所述模拟信号复原端，可接收高速数字后，通过解码后通过数字模拟转换电路(DAC)复原为与模拟信号采集端频率、幅度和相位高度一致的模拟信号；所述数据传输通道，由于是单向数据传输，为了保证低延时、低成本，采用单模光纤。本申请提供的技术方案能够，实现源端和还原端模拟信号相位延迟时间极小、失真极低、高速传输的应用要求。

Description

一种基准模拟信号高速传输电路

技术领域

本实用新型涉及信号处理和传递技术领域，尤其涉及一种基准模拟信号高速传输电路。

背景技术

在工程应用中，需要将源端的基准模拟信号(正弦波信号、方波、锯齿波等)传输到较远距离外的一个或多个不同的从控节点，达到同步控制。为了达到精确的同步控制，降低要求各个信号还原端输出的基准模拟信号与源端基准模拟信号相比，幅度、相位都要尽量保持一致。同时，在工程应用中，为了降低远距离传输的布线难度和成本，通常采用光纤进行数据传输。

现有技术中，模拟信号采样通常采用数字信号处理器(DSP)或ARM处理器，这种核心算法芯片功能上能满足采样、编码等各种需要，但是对于要求对数据进行调制、解调、编码、解码的应用场合，需要占用大量的时钟周期，采用标准的通信协议，如SPI、CAN、MODBUS等通信协议，较难实现源端和还原端模拟信号相位延迟时间极小、失真极低、高速传输的应用要求。

实用新型内容

为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基准模拟信号高速传输电路，可实现从源端采集任意波形的模拟信号，并快速完成采样、编码、传输，在还原端恢复出与源端相比，相位延迟时间极小、失真极低、幅度相同的模拟信号。

为实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现的：

一种基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，包括：模拟信号采集端；模拟信号复原端；数据传输通道；

所述模拟信号采集端，包括模拟转数字电路(ADC)、模拟采样电路、模拟转数字芯片(ADC芯片)、数据编码和传输控制器，可完成任意波形的数字信号采样、编码，并按照自定义的通信协议进行高速数字传输；

所述模拟信号复原端，包括信号输入接口、模拟采样电路、数字转模拟电路(DAC)、数字转模拟芯片(DAC芯片)、数据解码控制器，信号输入接口接收到高速数字信号后，由数据解码控制器解码后通过数字转模拟电路(DAC)复原为与模拟信号采集端输入的模拟信号频率、幅度和相位高度一致的单端模拟信号；

所述数据传输通道，为了保证低延时、低成本，采用同轴线、网线或光纤进行数据传输。

优选的，所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字电路(ADC)，采用高速差分放大器，将输入的单端模拟信号转化为差分模拟信号；所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，设计模拟信号调理电路，使差分信号正负电压最高值相同，并且应保证满足输入信号不能失真；所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容等进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果；所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字芯片采用高速、并口、低噪声采样、高精度的ADC芯片，以满足高速采集、低失真的采样需求；所述设置于模拟信号采集端的数据编码、传输控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求；所述设置于模拟信号采集端的信号输出接口，采用千兆光纤收发器，将电信号转化为光信号，以满足数字信号高速传输的需求。

优选的，所述设置于模拟信号复原端的数据接收、解码控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求；所述设置于模拟信号复原端的信号输入接口，采用千兆光纤收发器，将光信号转化为电信号，以满足数字信号高速传输的需求；所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟电路(DAC)，采用单位增益稳定、转换速率和高增益带宽积的电流反馈运算放大器，将差分模拟信号转化为单端模拟信号；所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟芯片(DAC)采用高速、并口、高精度的DAC芯片，以满足高速输出、低失真的需求；所述设置于模拟信号复原端的单端模拟信号，根据待复原信号的频率范围，采用多级LC谐振电路，以满足系统选频特性；所述设置于模拟信号复原端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容等进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果；

作为本申请实施例一种可选的实施方式，为了保证模拟信号还原端和采集端的低延时，要求通信速率极高，数据传输通道采用光纤通信；

优选的，由于数据传输通道为单向数据传输，一般采用单模单纤方式，也可采用单模多纤等其它光纤通信形式；

本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

1)通过本实用新型，可实现源端和还原端模拟信号相位延迟时间极小、失真极低、高速传输的应用要求；

2)设计的专用串行通信协议简单实用，可完成数据的高效传输、误码率低。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电路示意图。

图2为自定义的一种高速串行数据通信协议。

图3为一对一通道数据采集-传输-复原应用示意图。

图4为一对多通道数据采集-传输-复原应用示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例和附图，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。

根据本申请的一个实施例，提供了一种基准模拟信号高速传输电路，包括：一种基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，包括：模拟信号采集端；模拟信号复原端；数据传输通道；所述模拟信号采集端，可完成任意波形的数字信号采样、编码，并按照自定义的通信协议进行高速数字传输；所述模拟信号复原端，可接收高速数字后，通过解码后通过数字模拟转换电路(DAC)复原为与模拟信号采集端频率、幅度和相位高度一致的模拟信号；所述数据传输通道，为了降低远距离传输的布线难度和成本，通常采用同轴线、网线或光纤进行数据传输。

进一步的，模拟信号采集端以及模拟信号复原端采用精度高于12位的ADC和DAC转换芯片；ADC和DAC转换芯片的输出更新速率选用超过100MSPS的高速芯片，以实现高速采样；ADC转换芯片的数字输出接口、DAC转换芯片的数字输入接口选择并口方式，实现主控芯片快速读取采样数据和下发输出数据。

进一步的，所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字电路(ADC)，采用高速差分放大器，将输入的单端模拟信号转化为差分模拟信号；所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，差分电路设计阻容匹配网络，使差分信号正负电压最高值相同，并且应保证满足输入信号不能失真；所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容等进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果；所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字芯片采用高速、并口、低噪声采样、高精度的ADC芯片，以满足高速采集、低失真的采样需求；所述设置于模拟信号采集端的数据编码、传输控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求；所述设置于模拟信号采集端的信号输出接口，采用千兆光纤收发器，将电信号转化为光信号，以满足数字信号高速传输的需求。

进一步的，所述设置于模拟信号复原端的数据接收、解码控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求；所述设置于模拟信号复原端的信号输入接口，采用千兆光纤收发器，将光信号转化为电信号，以满足数字信号高速传输的需求；所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟电路(DAC)，采用单位增益稳定、转换速率和高增益带宽积的电流反馈运算放大器，将差分模拟信号转化为单端模拟信号；所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟芯片(DAC)采用高速、并口、高精度的DAC芯片，以满足高速输出、低失真的需求；所述设置于模拟信号复原端的单端模拟信号，根据待复原信号的频率范围，采用多级LC谐振电路，以满足系统选频特性；所述设置于模拟信号复原端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容等进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果；

进一步的，一种基准模拟信号高速传输电路有多种实施方式，图3为其中一个实施例，单个源端采集模拟信号后通过同轴线、网线或光纤传输到单个远端数据还原模块。

进一步的，一种基准模拟信号高速传输电路有多种实施方式，图4为另一个实施例，单个源端采集模拟信号后通过同轴线、网线或光纤传输到多个远端数据还原模块，同时在远端复原出基准信号。

进一步的，设计了一种高速串行数据通信协议，如图2所示。协议中同步码由一个高电平时间(长度为20个时钟周期)和一个低电平时间(长度为5个时钟周期)的脉冲构成；数据1由一个高电平时间为10个时钟周期和一个低电平为5个时钟周期的脉冲构成；数据0由一个高电平时间为5个时钟周期和一个低电平为10个时钟周期的脉冲构成。通过同步码+数据的方式，即可形成一帧完整的编码数据。按照前述通信协议，如果ADC采样精度为14bit，则传输的数字信号也为14bit，一帧14bit的有效数据帧共需235个时钟周期(其中包括25个时钟周期的帧头，210个时钟周期的有效数据)，主控芯片的时钟频率设置为235MHz时，发送1帧有效数据的耗时低于1us。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，包括：

模拟信号采集端；

模拟信号复原端；

数据传输通道；

所述模拟信号采集端，包括模拟转数字电路(ADC)、模拟采样电路、模拟转数字芯片(ADC芯片)、数据编码和传输控制器，可完成任意波形的数字信号采样、编码，并按照自定义的通信协议进行高速数字传输；

所述模拟信号复原端，包括信号输入接口、模拟采样电路、数字转模拟电路(DAC)、数字转模拟芯片(DAC芯片)、数据解码控制器，信号输入接口接收到高速数字信号后，由数据解码控制器解码后通过数字转模拟电路(DAC)复原为与模拟信号采集端输入的模拟信号频率、幅度和相位高度一致的单端模拟信号；

所述数据传输通道，为了保证降低远距离传输的布线难度和成本，采用同轴线、网线或光纤进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于：

所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字电路(ADC)，采用高速差分放大器，将输入的单端模拟信号转化为差分模拟信号；

所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，设计模拟信号调理电路，使差分信号正负电压最高值相同，并且应保证满足输入信号不能失真；

所述设置于模拟信号采集端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果；

所述设置于模拟信号采集端的模拟转数字芯片采用高速、并口、低噪声采样、高精度的ADC芯片，以满足高速采集、低失真的采样需求；

所述设置于模拟信号采集端的数据编码和传输控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求。

3.根据权利要求1所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于：

所述设置于模拟信号复原端的数据接收、解码控制器，采用可编程逻辑器件，以满足数字信号高速处理的需求；

所述设置于模拟信号复原端的信号输入接口，采用千兆光纤收发器，将光信号转化为电信号，以满足数字信号高速传输的需求；

所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟电路(DAC)，一般采用单位增益稳定、转换速率和高增益带宽积的电流反馈运算放大器，将差分模拟信号转化为单端模拟信号；

所述设置于模拟信号复原端的数字转模拟芯片(DAC)一般采用高速、并口、高精度的DAC芯片，以满足高速输出、低失真的需求；

所述设置于模拟信号复原端的单端模拟信号，根据待复原信号的频率范围，采用多级LC谐振电路，以满足系统选频特性；

所述设置于模拟信号复原端的模拟采样电路，模拟电源与数字电源之间通过磁珠、电感、电容进行隔离、滤波，以达到纹波低的效果。

4.根据权利要求1所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于：

为了保证模拟信号还原端和采集端的低延时，要求通信速率极高，一般数据传输通道要求采用光纤通信，也可采用同轴线、网线或光纤进行传输。

5.根据权利要求2所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，所述模拟信号采集端，可完成正弦波、方波或锯齿波任意波形的数字信号采样、编码，并按照自定义的通信协议进行高速数字传输。

6.根据权利要求3所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于，所述模拟信号复原端，可接收高速数字后，通过解码后通过数字模拟转换电路(DAC)复原为与模拟信号采集端频率、幅度和相位高度一致的模拟信号。

7.根据权利要求4所述的基准模拟信号高速传输电路，其特征在于：为了降低远距离传输的布线难度和成本，数据的传输采用串行方式进行，一般采用同轴线、网线或或光纤进行数据传输。