[实用新型]多通道高速同步数字IO系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电子测试测量领域，涉及虚拟仪器技术，可搭建基于计算机平台的多通道高速数字IO信号测试系统，可进行高速数字信号的同步采集或产生，并支持采样/更新时钟频率的连续可调、多种电平信号的灵活设置、多系统级联同步、以及定时计数功能，用于高速信号时序分析和高精度时序信号输出场合。适用于对通道数、速度具有较高要求的数字信号测试系统，如芯片测试、协议分析、波形发生、内存测试等测试系统。

背景技术

目前，国内已有一些多通道数字IO系统产品，但存在采样/更新率较低、采样/更新率为离散调节不支持连续可调、不能进行多系统级联同步、仅支持一种电平信号、驱动能力较低等技术问题。然而，随着科学技术的迅速发展，各个领域所用数字信号系统功能愈来愈强，复杂度愈来愈高，信号速度趋于高速化。因此，国内现有的数字IO系统已经不能完全满足现在数字信号测试系统的市场需求。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种多通道高速同步数字IO系统，该系统使用DDS（直接频率合成）技术实现采样/更新率从20Hz到100MHz连续可调，通过PCB设计中对信号线的等长控制以及FPGA中对信号线的约束管理实现单个系统各通道的信号同步，使用PLL（锁相环）技术实现多系统级联同步，使用自行设计的电源切换控制技术实现多种电平信号的支持，使用LVC型电平驱动器实现32mA的大电流驱动能力。

本实用新型的技术方案是：

一种多通道高速同步数字IO系统，其特殊之处在于：该系统由一块高速同步数字IO系统单独组成，所述高速同步数字IO系统实现32通道数字IO信号同步，通过PCB设计中对信号线的等长控制以及FPGA中对信号线的约束管理实现；

所述高速同步数字IO系统包括互相连接的电源电路、总线接口电路、FPGA电路、DDR3电路、数字IO电路、PLL电路、DDS电路及输入输出接口电路。

一种多通道高速同步数字IO系统，其特殊之处在于：该系统号可以由相同的多块高速同步数字IO系统进行级联组成；级联后的所有数字IO通道信号同步，通过PLL（锁相环）技术实现；

所述高速同步数字IO系统包括互相连接的电源电路、总线接口电路、FPGA电路、DDR3电路、数字IO电路、PLL电路、DDS电路及输入输出接口电路。

上述电源电路提供12V、5V、3.3V、2.5V、1.35V和1.2V正常工作电源之外，还提供可程控切换电源电路在5V、3.3V、2.5V和1.8V四种电源之间灵活切换，用于数字IO驱动电路，实现四种电平信号的支持；所述可程控切换电源电路包括DC-DC电源芯片，控制DC-DC电源输出的分压调节电阻，控制分压调节电阻的场效应管。

上述总线接口电路实现与上位机的通信，进行大容量数据的传送，包含PXI接口、PXIe接口、PCI接口、PCIe接口、LXI接口或USB接口。

上述FPGA电路与本地总线、DDR3存储器、数字IO驱动芯片、PLL芯片及DDS芯片分别相连，用于整板的时序控制，并实现4路定时计数器功能。

上述DDR3电路实现大容量数据的高速缓存；最高工作时钟高达800MHz；。

上述数字IO电路实现32通道高速数字IO，可支持5V、3.3V、2.5V和1.8V四种电平信号输入输出，4路独立可编程数字IO，独立时钟输入、时钟输出接口；采样/更新率最高可达100MHz，每个通道的数字IO方向独立可控，并可提供32mA的大电流驱动能力，通过选用LVC型的高速三态门实现，包括一片高电平使能输出的三态门和一片低电平使能输出的三态门；此外，32通道数字IO分为P0和P1两组，每组数字IO的采样率/更新率、触发、电平均可独立设置，可将系统作为两块16通道数字IO系统进行使用。

上述PLL电路实现单一或多系统的时钟同步，进而实现数字IO通道的同步；同步时钟可选择PXI/PXIe背板内部时钟或外部输入时钟，实现同步时钟的灵活选择和高精度同步；单一系统的同步精度达到±1ns，多系统级联的同步精度达到±2ns。

上述DDS电路实现采样/更新率从20Hz到100MHz连续可调，所述DDS电路包括DDS集成芯片和环路滤波器。

上述输入输出接口电路包含32通道数字IO、4路独立可编程数字IO，独立时钟输入、时钟输出接口。