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    广东深圳专业医用产品器械外观工业产品设计基于AD9626的高速模拟信号采集设备设计
    -基于AD9626的高速模拟信号采集设备设计
    2019/03/05
    [摘要]文章介绍高速ADC AD9626的功能,广东深圳专业医用设备结构工业产品设计关于现代工业设计的几点思考详细说明使用FPGA来控制AD9626构成高速、高精度模拟信号采集设备的设计方法,并给出具体实现的设计方案和设计过程。

       [关键词]AD9626;高速模拟信号采集;FPGA
       [作者简介]杨洋,中国电子科技集团公司第三十四研究所,研究方向:数据通信,广西桂林,541004
       [中图分类号] TP391.9 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2008)10-0030-0002
      
      一、引言
      
       依据项目要求,研究一种基于AD9626的高速模拟信号采集设备,用于光信号转变为高速模拟电信号后对其进行数据采集。
    在整个设备中,选用高速逻辑器件控制A/D转换和FIFO存储,同时通过FPDP(FRONT Panel Data Port)总线将采集的数据发送出去。
    设备中的模拟信号采集与数据传输独立于微机的CPU,从而大大地提高了模拟信号的采样精度和传输速度。

      
      二、AD9626的主要特性
      
       AD9626是ADI公司推出的一款高速、低功耗的12位ADC。
    它采用1.8V单一电源供电,其最高转换速率能够达到250MSPS,并且在较宽的频率范围内依然有很好的动态特性。
    AD9626片内自带的采样保持器、参考电压源和数据时钟输出信号,为高速模拟信号采集设计提供了简便易行可靠的方案。

       AD9626有2个12位并行数据输出接口,端口A 输出口和端口B 输出口。
    AD9626在正常工作时,每个时钟周期进行一次A/D变换,在时钟信号的上升沿对输入的模拟信号进行采样,通过芯片内部缓冲、采样保持器和编码后,转换得到的数字信号被锁存到输出寄存器,同时AD9626的输出数据存在固定的流水延迟。

       (一)模拟信号采集设备的组成和广东深圳专业医用设备产品工业产品设计基于医疗信息化的医疗质量评价现状与建议工作原理
      
       设备的组成如下图1所示。

       设备的所有时序和逻辑控制全部由FPGA产生,同时FPGA还对被采集的模拟信号形成新的数据帧格式并打包。
    此外,和PC的接口通过ISA总线链接,FPDP接口用于高速数据的硬盘存储。

       设备上电后AD9626开始工作,当设备检测到同步脉冲后开始启动内部延迟计数,采样点数和延迟时间可以通过上位机程序设定。
    当延迟计数减到零后开始存储采集的模拟数据,在存储数据的同时,FPDP总线将存储于FIFO内部的数据发送给广东深圳专业医疗产品仪器工业产品设计医疗产品情感化设计探寻数据存储卡。
    在设备检测到下一个同步脉冲后进行下一次模拟信号采集过程。

       (二)高速模拟信号采集设备的实现
      
      三、A/D转换电路的设计
      
       通过表1将AD9626的4个控制信号引脚由FPGA配置为SPI工作模式,广东深圳专业医疗器械设备外观工业产品设计曝光10家违法发布虚假医疗器械信息网站按照表1中说明对AD9626进行信号采集控制。

       另外,模拟前端采用变压器(ADT1-1WT)耦合,通过变压器将单端输入的模拟信号转换为差分信号后送给ADC的差分输入端。
    数据同步输入信号通过上电复位信号来实现,它用来控制AD9626的开/关。

       采样时钟包括内、外时钟两种模式,内时钟由板上具有高稳定度的温补晶振提供,板上晶振输出信号为170MHz的正弦波。
    由于内、外时钟都是单端输入,因此需要进行T/E变换之后才能作为AD9626的采样时钟,T/E变换采用Synergysemi公司的SY100EL15L芯片来实现。

       (一)数据缓存电路
       AD9626为CMOS工作模式,时钟信号二分频后由DCO+和DCO-两端口输出,该数据时钟输出信号可以直接作为数据锁存时钟,而且时钟失真很低。
    由于AD9626数据转换输出的速度很快,因此,在各输出端口还应另加锁存电路,以确保FIFO所接收数据的正确性。

       在设备中FIFO选用IDT72V3633L10PF,它为同步FIFO,具有功耗低、容量大的特点,其存取时间为6.5ns,容量为512K×36Bit,完全满足AD9626输出数据对存取时间的要求。
    最重要的是它能将并行存储的采集模拟信号按照采样点的顺序依次读出。

       (二)接口电路设计
      
       接口电路主要包括以下两个部分:
       1.ISA总线接口
       ISA总线在本设备中的作用包括电源供给、I/O地址空间分配,以及发送设备自检、复位等控制命令。

       2.FPDP总线接口
       应用VITA标准中的FPDP总线,能够满足设备对数据传输的要求。
    设计中FPDP总线上的数据信号和相应的传输应答信号应满足信号驱动的要求,并考虑高频反射等影响,需要采取一定的信号端接措施。
    驱动电路采用具有电平转换功能的芯片,并在输出端串联一个33Ω的电阻以减小过冲。

      
      四、控制电路设计
      
       如前面所述,本设备中的控制部分都由FPGA负责处理。
    为确保处理数据能力,FPGA选用160万逻辑门的XC3S1600E,FPGA主要完成存储有效采广东深圳专业医广东深圳专业医用器械仪器工业产品设计人工智能+医疗健康=医疗健康智能化发展疗器材外形工业产品设计产品设计符号表现之象征性语义样数据,采样结束后对采样数据的处理和接口电路的时序控制。
    在一次采样过程开始时,上位机先设定好每个脉冲重复周期的采样点数和延迟采集时间,这些参数通过ISA总线写入FPGA内部寄存器,FPGA完成ISA接口部分的地址解码和读写操作,同时给出相应的控制时序。
    当FPGA检测到一个同步脉冲后,即从脉冲前沿开始启动延迟采集,延迟计数(通过设定的延迟采集时间和计数时钟周期计算可得)结束后由FPGA输出指定长度(通过采样点数和采样时钟周期计算可得)的写使能信号给FIFO,FIFO在写使能有效的情况下开始存储前端AD9430采集的模拟信号。
    同时FPGA通过判断FIFO的空标志位来实现数据的处理和发送。
    当FIFO非空时,FPGA开始读取FIFO的数据,并通过内部逻辑配置的的符合标准FPDP协议时序将数据发送出去。
    当FIFO空标志位有效时,通过FPGA在采集数据后插入帧头并发送,这样就完成了整个控制过程。

       由于在设备中包含了模拟部分和数字部分,为确保设备工作正常,提高设备抗干扰能力尤为重要。
    在设备中关键器件AD9626的采样速率高达250MSPS。
    为提高设备抗干扰能力,主要从三个方面考虑:
       1.电源电路设广东深圳专业医用产品结构工业产品设计装备制造业中的工业设计探讨
       由于数字电路的高速信号在高低电平之间迅速变化时会产生噪声,另外电源本生固有的纹波噪声,所以必须把数字电源和模拟电源分开,避免数字信号干扰模拟信号。
    同时,优异的去耦和出色的滤波也是降低噪声的有效途径。
    常用的做法是在每个芯片的电源管脚加去耦电容和旁路电容,去耦电容使芯片得到去除交流成分后的直流,使得瞬态电流就可以回流到地;旁路电容能消除高频辐射噪声和抑制高频干扰。

       2.接地点的选择
       对于模数混合电路来说,通常采用单点共地,模拟地和数字地的共地点通常选择在A/D芯片引脚所需电流最大位置。
    这种接法可使大电流对地回流最近,避免对模拟电路的干扰,
      提高AD9626的采样精度。

       3.电路板布线要求
       高速ADC和变压器要尽可能地靠近,模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线,尤其是时钟晶振,避免造成扰动过大。
    ADC输出数据锁存器尽量靠近ADC,用以降低ADC输出数据线上的噪声。
    在高速ADC的数字输出端进行串行端接,以提高数字输出的可靠性。
    对于时钟信号按照阻抗匹配布线,提高时钟信号质量,防止高速时钟信号反射,高频时钟要有地线?;?,高频信号线的?;さ叵吡蕉诵刖子氲夭阆嗔?,并每隔1~2cm打过孔与地层连接,用于消除高频天线效应干扰。

      
      五、结语
      
       本文采用AD9626实现了高速模拟信号采集和控制传输处理设备的研制。
    同时也可以应用到其他数据信号采集设备中去,例如视频信号采集、微波回波信号采集、航空总线信号采集等。
    将来随着器件性能的不断提高,其采样速率和精度可进一步提高,从而实现更好的采集性能。

      
     ?。鄄慰嘉南祝?
     ?。?]陆应华.电子系统设计教程[M].北京:国防工业出版社,2005.
     ?。?]姜雪松,等.电磁兼容与PCB设计[M].北京:机械工业出版社,2008.
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