[发明专利]采用FPGA实现基于PCI接口协议的阵列式可扩展数据采集系统

权利要求书

1.一种采用FPGA实现基于PCI接口协议的阵列式可扩展数据采集系统，该系统包括：

多块相同的模拟信号采集板卡（101、102、103），同时多块板卡都挂载到自定义的板间总线上，实现板间的通信。整套系统采用ATX电源通过CPCI总线供电，

其中每个板卡包括：

控制器模块(203)，由FPGA芯片及SRAM芯片构成，用于控制采样过程以及生成板间总线信号和控制数据的缓存与传输；

多路ADC模块(201)，由64路结构相同的单路ADC模块(301)构成，用于将模拟信号转化成数字信号，再将数据输出至所述控制器模块(203)；

电源模块(202)，由两个完全相同的电源子模块(501)构成，用于给各芯片提供稳定且低噪的电源；

PCI桥接芯片，用于通过PCI总线实现所述模拟信号采集板卡（101、102、103）与上位机的通信。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述多路ADC模块(201)中的单路ADC模块(301)进一步包括：

信号调理模块(401)，包括输入缓冲级放大电路，用于将单端模拟信号转变为差分模拟信号；

采样模块(402)，用于在采样控制信号的控制下，将所述信号调理模块(401)输出的差分模拟信号经过采样变为串行数字信号，并按照一定的时序传送至控制器模块(203)。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述电源子模块(501)进一步包括：一个3.3V稳压模块(601)、两个5V稳压模块(602、603)和一个3.3V电源基准模块(604)，其中

所述3.3V稳压模块(601)，用于将ATX电源的12V电压转换成3.3V电压并给所述采样模块(402)供电；

所述5V稳压模块(602、603)，用于将ATX电源的12V电压转换成5V电压给所述采样模块(402)和信号调理模块(401)供电；

所述3.3V电源基准模块(604)，用于产生一个超高精度的3.3V基准电压给所述采样模块(402)提供基准电压。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器模块进一步包括寄存器模块（701）、ADC控制模块（702）、缓存控制模块（703）、输入缓存（704）、输出缓存（705）、串行并行转换模块（706）、板间总线模块（707）和两块SRAM，其中

所述寄存器模块（701）用于利用PCI桥接芯片的内存映射一组接口，在FPGA内部化为一组寄存器；

所述ADC控制模块（702）用于生成ADC控制信号，对所述多路ADC模块(203)进行控制，通过改变ADC控制信号的时序完成对采样起止时间和采样率的控制；

所述缓存控制模块(703)，用于管理两个FPGA内部缓存(704、705)以及FPGA外的SRAM，并确定数据流向；

所述输入缓存（704）和输出缓存（705），用于为内建在FPGA芯片内部的高速FIFO缓存，以便对采样数据进行缓存处理；

所述串行并行转换模块（706），根据所述ADC控制模块（702）的控制，用于将串行的采样信号变为并行信号；

所述板间总线模块（707），用于产生和控制板间总线。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的系统，其中所述多路ADC模块的供电连接方式是前32个单路采样模块由一个电源子模块进行供电，后32个单路采样模块由另一个电源子模块进行供电。

6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的系统，其中所述每张板卡上的64个通道分为4组，最小可控通道数为16通道。

7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的系统，其中自定义的板间总线使用低压差分信号线来进行数据传输。