[实用新型]基于光纤和PCI-E的高速数据采集卡

说明书

技术领域

本发明是一种的电子设备，其主要实现的功能是通过模数转换器采集高速信号，并且通过光纤或PCI-E接口将信号传输到存储介质进行保存的一种基于光纤和PCI-E(PCI Express，计算机总线接口)的高速数据采集卡。

背景技术

虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想是在测试系统或仪器设计中采用通用的硬件平台，使用不同的软件代替硬件进行信号的处理和分析，满足各个用户不同的需要，即“软件就是仪器”。虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件平台等。用户可以通过友好的图形界面操作计算机，如同操作功能相同的单台传统仪器一样。

虚拟仪器的最关键的技术是模拟信号数字化，也就是数据采集卡的构建。随着通讯，雷达，航天等领域里对高速信号应用的日趋广泛，相应的模拟信号的频率越来越高，这对数据采集和存储的速度提出了更高的要求。

目前的国内市场上数据采集卡的主要不足：

1.采样速度不高。高速数据采集卡本身需要高难度的设计技巧和长期的设计经验积累，国内主要厂商的产品目前最高的速度级别为100M左右，对于上Ghz的采集卡，主要依赖外国厂商(NI.GAGE.Acqiris等)

2.传输速度瓶颈。高速数据采集产生的数据量与采样速度和位数相关，当采样速率为1Ghz，8位采样位数时，每秒产生1GB的数据量，这意味着如果要把这1秒内采集的数据存储下来，必须通过某种形式以1GB/s的速度高速传输到存储设备，国外目前主要厂商的高速采集卡通常为PXI/PCI的传输接口，其最高速度也就100MB左右，这意味着每秒采集的数据要抛弃90％以上，远远满足不了高速数据的传输要求，也为后续的数据分析处理造成了困难。

发明内容

本发明为一种高速的数据采集卡，该数据采集卡的特点在于：

1.采用集成模数转换芯片实现高速信号的实时采集，具有电路简洁，工作稳定的特点

2.采用FPGA(Field-programmable gate array，现场可编程门阵列)作为主控核心对高速信号进行实时处理

3.采用集成高精度时钟芯片产生高速采样时钟，具有调整灵活，精度高，抖动小的特点

4.采用子板加母板的电路架构，方便扩展功能和升级

5.集成光纤传输和PCI-E传输两种高速传输方式，可以灵活选择

6.板载高速大容量存储器，可以对采集信号进行实时缓存

本发明的电路结构为：数据采集子板通过控制线和数据线与数据传输底板连接，数据传输底板通过PCI-E接口与计算机连接，通过光纤接口与光纤设备连接。

该采集卡十分适合对高速信号的捕捉和分析，应用领域广泛。

本发明的有益效果在于：

1.采样率最高可达到3Gsps

2.采样精度8位

3.采样数据可以暂存在板上，板上自带2GB DDR2SDRAM存储器

4.采样数据可以通过PCI-E 8X或者光纤接口输出，持续传输速度可达1GB/s

5.光纤接口支持Fibre Channel协议或者自定义协议。

6.支持外触发，外时钟

7.系统可以支持升级和扩展功能

附图说明

图1为数据采集卡系统组成框图。

图2为数据采集子板硬件结构示意图。

图3为数据传输底板硬件结构示意图。

具体实施方式

本发明数据采集卡系统的电路结构为：数据采集子板通过控制线和数据线与数据传输底板连接，数据传输底板通过PCI-E接口与计算机连接，通过光纤接口与光纤设备连接。其中数据采集子板负责对外部信号进行采集和处理，处理后的数据送入数据传输底板，底板的任务是根据输出接口的需要(PCI-E或者光纤)，将采集子板下传的数据转换为相应协议的数据流输出。

下面介绍数据采集子板和数据传输底板的电路设计。

数据采集子板的组成如图2所示，大体上分为前端信号调理电路，高速ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)，时钟发生与调理电路，触发调理电路，FPGA(现场可编程门阵列)几个部分。其中通道1连接信号调理1，通道2连接信号调理2，外时钟连接时钟发生与调理电路，外触发连接触发调理电路，信号调理1和信号调理2与ADC连接，ADC与FPGA连接，时钟发生与调理电路与ADC和FPGA连接，触发调理电路与FPGA连接，FPGA与高速连接器连接。