[实用新型]一种采用FPGA实现多路串行ADC同步的装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号采集领域，具体涉及采用FPGA实现ADC同步的装置。 

背景技术

多通道数据采集系统广泛应用于声纳、雷达等领域，阵列信号处理需要空间上不同位置的数据信息；多通道数据采集系统也应用于其他需要多节点、多通道数据采集的场合，例如农业、气象等领域，需要不同位置环境的温度、湿度等信息。 

第一种多通道同步数据采集如图1所示，在采集多通道数据时,通过多路切换开关将每一路输入信号同ADC连接起来，这就是分时采样。在分时采样中,任一时刻只有一路输入信号进入ADC进行转换,因而这种方法只适用于各路输入信号之间没有关系(即无相关性)的场合,其优点在于只需一只ADC器件,因而成本较低.但是,如果信号之间存在相关性(如振动信号),就不能采用这种方法,而需要利用同步采样的方法。 

第二种多通道同步数据采集如图2所示，根据采样保持方法的不同,可以分为两种:其一是对每一路信号都有各自的放大器和采样保持器,然后通过多路切换开关与同一块ADC连接(如图2(A)所示);其二则是每一路信号都有各自的放大器和ADC,转换结束后,ADC保持数据,由计算机依次读取(如图2(B)所示)。 

很显然,如果两种方法使用同样的ADC,由于采样保持器要比ADC便宜得多,所以第一种方法是比较经济的方法.但从速度上来考虑,则第二种方法要快一些,这是因第一种方法要对每一路信号轮流转换.反之,如果要保证同样的速度,则第一种方法要求高速的ADC,其价格较昂贵,而第二种方法对ADC的要求要低一些. 

现有的方案由于ADC芯片多使用并行的，控制器芯片如FPGA、DSP、单片机等不能提供足够多的管脚，所以通道数不能太多；而且即使通道数增加，要想使不同通道的采样时刻完全一致，现有的方法也是很难实现的；下面详细列出现有方法的主要缺 点： 

（1）采用并行ADC芯片，需要大量的管脚，实现多通道很困难，而且当系统需要其他功能时，管脚的分配就很紧张了。 

（2）对多通道ADC实现同步困难，如果多路信号使用同一块ADC，用多路切换开关实现不同路之间的切换，也会降低ADC采样的速率。 

(3)高速ADC的成本很高，声纳系统中的水声信号频率较低，可以使用低速的ADC来降低成本。 

（4）ADC控制系统的设计老套、简单，没有融入新的设计方法来提高性能，易于被模仿且没有竞争力。 

发明内容

本发明就是为了克服老旧方案的这些局限性，创新性的使用FPGA实现多通道同步数据采集控制、采样时间点同步和对AD串行数据的处理的设计原理及实现方法。同时提高了对产品的保密性和可控性的要求。具体而言，本发明提出了一种采用FPGA实现多路串行ADC同步的装置，所述装置包括ADC模拟电路模块、ADC数据采集模块以及数据缓存模块，其中： 

所述ADC模拟电路模块，用于将外部输入的模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数字信号传输给ADC数据采集模块，由多个单路ADC模拟电路模块组成； 

所述ADC数据采集模块，用于检测外部系统发出的使能ADC的信号，当检测到这个信号后，启动ADC，并同步控制ADC模拟电路模块，并采集ADC模拟电路模块转换后的数字信号，将串行数字信号转换成并行，同时将并行的ADC数据传给数据缓存模块； 

所述数据缓存模块，用于接收并缓存ADC数据采集模块2传出的并行ADC数据，以备系统的下一级设备使用和处理。 

根据本发明的一个方面，其中单路ADC模拟电路模块进一步包括： 

外部供电接口模块，用于给ADC模拟电路模块1接入供电电源，接入的电源电压包括+3.3V和+5V。 

电源模块组，用于将外部供电接口模块提供的电压值进行转换，给ADC模块组提供供电电压，及参考电压基准源，其包括差分AD前放供电模块，差分AD供电模块，数字管脚供电模块，基准源； 

ADC模块组，包括差分AD前置放大器，差分AD芯片，用于将输入的模拟信号转换为差分信号。 

本发明基于FPGA（现场可编程门阵列）实现声纳系统中的信号采集技术，并利用FPGA实现多通道同步数据采集控制、采样时间点同步和对AD串行数据的处理的设计原理及实现方法，技术含量高、保密性强。 

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明： 

附图1所示为现有技术一的多通道数据采集系统结构示意图； 

附图2所示为现有技术二的多通道数据采集系统结构示意图；