RU206871U1 - Мезонинный модуль цифроаналогового преобразователя (ЦАП) - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам для генерации биполярных аналоговых электрических сигналов на основе последовательного цифрового кода. Технический результат заключается в возможности параллельной генерации настраиваемого количества аналоговых биполярных сигналов с диапазоном изменения напряжений ±10В при обеспечении взаимодействия с одноплатным компьютером Raspberry Pi или аналогичным ему вычислительным модулем по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов. Мезонинный модуль ЦАП выполнен в виде печатной платы, которая в своем составе содержит разъем для выдачи аналоговых сигналов, микросхемы ЦАП по одной для каждого из генерируемых сигналов, выполненные с возможностью обеспечения диапазона напряжений ±10В и объединенные в каскады, разъем серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, при этом каждая микросхема ЦАП соединена линиями цифровой связи с разъемом серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, включая независимое управление по сигналам Chip Select интерфейса SPI с соседней в каскаде микросхемой ЦАП, и аналоговыми линиями связи с разъемом для выдачи аналоговых сигналов. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области испытательного оборудования техники и предназначена для генерации биполярных аналоговых электрических сигналов на основе последовательного цифрового кода.

При разработке и испытаниях самолетного оборудования на комплексах полунатурного моделирования возникает необходимость интеграции бортового оборудования с широкой номенклатурой авиационных интерфейсов, при этом на протяжении жизненного цикла состав и количество авиационных интерфейсов может меняться, соответственно, требуется многоуровневая система, в которой физические интерфейсы выполнены в виде мезонинов с внешними выводами, а вычислительный модуль имеет унифицированный способ их подключения.

Из данного уровня техники известны следующие технические решения:

1. ABACO-3P-FMC120 (https://www.ti.com/tool/ABACO-3P-FMC120). Мезонин для FPGA-плат с интерфейсом FMC, предоставляет 4 канала 16 битного цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с выходной частотой до 2.8-GSPS на канал.

Основные недостатки данной платы отсутствие возможности установки на одноплатный компьютер типа Raspberry Pi или аналогичный ему вычислительный модуль по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов, ввиду несовместимости соединителей, поскольку в аналоге используется соединитель FMC, а в модуле Raspberry Pi - штыревые соединители серии PLD (40 контактов); высокая стоимость; высокие характеристики по частоте, не востребованные в условиях использования Raspberry Pi и его аналогов и приводящие к повышенному энергопотреблению.

2. HiFiBerry DAC+ADC (https://www.hifiberry.com/shop/boards/hifiberry-dac-adc/) - плата с ЦАП и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) для Raspberry PI, предназначенная в первую очередь для генерации аудиосигналов.

У этой платы, как и у аналогичных имеющихся на рынке мезонинов ЦАП для Raspberry PI, имеются следующие недостатки: узкие диапазоны напряжений выходного сигнала (до 2 В), не подходящие для стендов испытания промышленного оборудования; использование уникального цифрового интерфейса для взаимодействия с одноплатным компьютером Raspberry Pi; использование выходных разъемов серии RCA, предназначенных для вывода аудиосигнала.

3. AcroPack АР231 16-bit DAC Analog Voltage Output (https://www.armscom.net/products/ap231_16_bit_dac_module_acropack_analog_voltage_output_by_acromag). Компактный мезонин ЦАП для использования в сборке продуктовых линеек AcroPack. Плата имеет 16 каналов ЦАП с разрешением 16 бит, входным диапазоном до ±10 В. Максимальное время преобразования при параллельной работе всех 16 каналов: 17 мкс, что соответствует частоте 59 кГц.

Недостатки данной платы - использование только в рамках проприетарной экосистемы AcroPack, и как следствие несовместимость с одноплатным компьютером Raspberry Pi или аналогичным ему вычислительным модулем по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов, ввиду несовместимости соединителей и интерфейсных шин; использование шины PCI Express в нестандартном исполнении и сопутствующих преобразователей интерфейса приводит к высокому энергопотреблению.

4. PCI-1602 (https://icp-das.ru/catalog/pci-1602u) - серия плат для работы с аналоговыми сигналами с интерфейсом PCI от фирмы ICP DAS, широко применяющаяся на стендах испытательного оборудования. Данные платы способны осуществлять аналого-цифровые преобразования с разрядностью до 16 бит, на частоте до 110 кГц.

Основные недостатки данных плат: отсутствие возможности установки на одноплатный компьютер типа Raspberry Pi или аналогичный ему вычислительный модуль по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов, ввиду несовместимости соединителей и интерфейсных шин, поскольку в аналоге используется ножевой соединитель и интерфейсная шина PCI, а в модуле Raspberry Pi - штыревые соединители серии PLD (40 контактов) и набор интерфейсов отличных от интерфейсной шины PCI; большие массогабаритные показатели и большой расход ресурсов ПК, аппаратных (одна плата занимает один слот PCI), программных (платы требуют специальные драйверы и серьезный расход процессорного времени), мощностных (высокое энергопотребление).

Данная плата по технической сущности является наиболее близкой к заявляемому мезонинному модулю ЦАП и может выступать в качестве прототипа.

Задача, на решение которой направлена заявленное техническое решение, заключается в создании мезонинного модуля, способного генерировать параллельно до шести биполярных аналоговых сигналов с диапазоном изменения напряжений ±10В, силой тока до ±5 мА, из цифрового кода 16 бит, полученного от одноплатного компьютера Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов для решения задач, возникающих при разработке и проведении испытаний самолетных систем на комплексах полунатурного моделирования.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в возможности параллельной генерации настраиваемого количества аналоговых биполярных сигналов с диапазоном изменения напряжений ±10В при обеспечении взаимодействия с одноплатным компьютером Raspberry Pi или аналогичным ему вычислительным модулем по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов.

Указанный технический результат достигается благодаря мезонинному модулю ЦАП, выполненному в виде печатной платы, которая в своем составе содержит разъем для выдачи аналоговых сигналов, микросхемы ЦАП по одной для каждого из генерируемых сигналов, выполненные с возможностью обеспечения диапазона напряжений ±10В и объединенные в каскады, отличающегося тем, что содержит разъем серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, при этом каждая микросхема ЦАП соединена линиями цифровой связи с разъемом серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, включая независимое управление по сигналам Chip Select интерфейса SPI с соседней в каскаде микросхемой ЦАП, и аналоговыми линиями связи с разъемом для выдачи аналоговых сигналов.

Реализация предложенной компоновки мезонинного модуля с применением микросхем ЦАП, объединенных в каскады, и выполненных с возможностью обеспечения диапазона напряжений ±10В, а также применение разъема серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, позволяет осуществлять параллельную генерацию до шести аналоговых биполярных сигналов с диапазоном изменения напряжения ±10В на основе цифрового кода, поступающего через последовательный интерфейс от одноплатного компьютера Raspberry Pi или аналогичного ему вычислительного модуля по набору интерфейсов, а также по форме и расположению соединительных контактов.

Предлагаемый мезонинный модуль ЦАП выполнен в виде единого корпуса, который содержит в своем составе элементы, представляющие собой сборочные единицы, соединенные между собой сборочными операциями, и обладает функционально-конструктивным единством, поэтому может быть заявлен в качестве полезной модели.

На фигуре представлена структурная схема мезонинного модуля ЦАП, где 1 - разъем для выдачи аналоговых сигналов, 2-7 - микросхемы ЦАП, 8 - разъем серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, 9 - источник питания.

Мезонинный модуль ЦАП (фиг.) выполнен в виде печатной платы, которая в своем составе содержит разъем для выдачи аналоговых сигналов (1), микросхемы ЦАП (2-7) по одной для каждого из генерируемых сигналов, выполненные с возможностью обеспечения диапазона напряжений±10 В и объединенные в каскады, разъем серии PBD40 для подключения вычислительного модуля (8), при этом каждая микросхема ЦАП (2-7) соединена линиями цифровой связи с разъемом серии PBD40 для подключения вычислительного модуля (8), включая независимое управление по сигналам Chip Select интерфейса SPI с соседней в каскаде микросхемой ЦАП, и аналоговыми линиями связи с разъемом для выдачи аналоговых сигналов (1).

Указанные микросхемы ЦАП (2-7) соединены высокоамперными линиями связи с источником питания (9).

Полезная модель осуществляется следующим образом.

Мезонинный модуль ЦАП подключается к цифровому электропитанию (+3.3В и +12В) через разъем (1). После подключения цифрового питания включается источник питания (9) и генерирует опорные биполярные сигналы, приводящие микросхемы ЦАП (2-7) в рабочий режим. По сигналам Chip Select и командам с вычислительного модуля осуществляется передача цифровых кодов сигналов по последовательному интерфейсу SPI и распределение их по элементам каскадов.

Полезная модель содержит разъем серии PBD40 (8), что дает возможность подключения к одноплатному компьютеру Raspberry Pi или его аналогу, у которого имеется соединитель серии PLD (ответный разъем) с интерфейсом SPI и служебными сигналами, тип и расположение которых соответствует расположению сигналов и интерфейсов на разъеме расширения PLD-40 одноплатного компьютера Raspberry Pi или его аналога.

Полученные аналоговые сигналы передаются к периферийному оборудованию через шесть задействованных линий связи разъема для выдачи аналоговых сигналов, распределенных так, чтобы остальные выводы разъема служили для них экраном.

Процесс генерации аналогового сигнала по цифровому коду, в предпочтительном варианте исполнения мезонинного модуля, осуществляет микросхема DAC7731. Эти микросхемы, соединенные в каскады, поддерживают последовательную передачу кодовых слов для разного числа каналов, что позволяет с помощью вычислительного модуля варьировать производительность и энергопотребление мезонина.

Интерфейс SPI предназначен для работы на скорости до 10 МГц и уровнях напряжения электропитания +3.3В.

Claims (1)

1. Мезонинный модуль ЦАП, выполненный в виде печатной платы, которая в своем составе содержит разъем для выдачи аналоговых сигналов, микросхемы ЦАП по одной для каждого из генерируемых сигналов, выполненные с возможностью обеспечения диапазона напряжений ±10В и объединенные в каскады, отличающийся тем, что содержит разъем серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, при этом каждая микросхема ЦАП соединена линиями цифровой связи с разъемом серии PBD40 для подключения вычислительного модуля, включая независимое управление по сигналам Chip Select интерфейса SPI с соседней в каскаде микросхемой ЦАП, и аналоговыми линиями связи с разъемом для выдачи аналоговых сигналов.

Images