高速數(shù)據(jù)采集在軍用民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在自動(dòng)控制、電氣測(cè)量、地質(zhì)物探、航空航天等工程實(shí)踐中有著極為廣泛的應(yīng)用。如何對(duì)高速的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ),保證信號(hào)不丟失,以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要,一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方向。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號(hào)與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分,同時(shí)也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分:模擬信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理器件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件、時(shí)鐘電路、觸發(fā)電路、傳輸接口芯片和電源系統(tǒng)等,如圖1所示。
其中,模擬信號(hào)調(diào)理電路是用來將模擬信號(hào)放大調(diào)整到ADC的采樣量程之內(nèi),這樣既能充分發(fā)揮ADC的性能,又能保證采樣數(shù)據(jù)的完整性;ADC是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件,模擬信號(hào)輸入,數(shù)字信號(hào)輸出;數(shù)據(jù)處理器件有很多種,可以根據(jù)實(shí)際的不同需要進(jìn)行選擇;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件主要用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù),可以進(jìn)行顯示,回放和數(shù)據(jù)處理等操作;時(shí)鐘電路是比較重要的,時(shí)鐘的穩(wěn)定性和精確性決定著數(shù)據(jù)采集的結(jié)果,所以一般的做法是單獨(dú)設(shè)計(jì)穩(wěn)定的時(shí)鐘電路;觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)外部對(duì)數(shù)據(jù)采集頻率和次數(shù)的控制,傳輸接口用于將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理。采用單路高速A/D轉(zhuǎn)換器以及存儲(chǔ)器構(gòu)成串行采集系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖2所示:
采用單路高速AD轉(zhuǎn)換器和高速存儲(chǔ)電路來構(gòu)成字串行采集系統(tǒng),系統(tǒng)的采樣就屬于實(shí)時(shí)采樣,適用于任何形式的信號(hào)波形,重復(fù)的或不重復(fù)的,單次的或連續(xù)的。又由于所有采樣點(diǎn)是以時(shí)間為順序,因而易于實(shí)現(xiàn)波形顯示功能。但是采用單片高速A/D芯片和高速存儲(chǔ)器件,會(huì)大大提高系統(tǒng)開發(fā)成本。同時(shí)系統(tǒng)的采樣率就受到A/D轉(zhuǎn)換器最高轉(zhuǎn)換速率以及存儲(chǔ)器寫入速度的限制。因此,單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度受器件自身參數(shù)的限制,很難再大幅度提高其轉(zhuǎn)換速度。
其整體FPGA結(jié)構(gòu)如下所示: