[发明专利]超多通道全同步数据采集系统

说明书

超多通道全同步数据采集系统,属于信号采集领域，具体涉及多通道动态信号采集相关的测试任务。解决了现有技术中单一数据采集设备内的多路通道数据采集以及多个数据采集设备间的数据采集同步精度低的问题。本发明通过不同数据采集卡之间的所有采集通道上的时钟信号和采样触发信号同步，从而实现不同数据采集卡之间所有通道的数据采集同步及同一数据采集卡上所有通道数据采集同步，从而提高数据采集同步精度。本发明主要用于对电神经信号数据、风洞传感器数据、以及麦克风阵列数据等的采集。

技术领域

本发明属于信号采集领域，具体涉及多通道动态信号采集相关的测试任务，如电神经信号数据采集、风洞传感器数据采集、以及麦克风阵列数据采集。

背景技术

无论是自然科学的发展还是工程项目的应用，都离不开对各种物理量的精密测量。随着科学技术的进步和所涉及领域的扩展，新环境下的测试任务变得复杂和多样，也使得在许多特殊的应用中需要针对性更强的专用化测试设备。本专利所提出的超多通道全同步数据采集系统便可归于此类设备。其特点在于具有几十甚至上百个数据输入通道，并且能够完全保证所有通道之间高精度的同步。

同步采集是指不同的输入通道在同一时刻进行采样。在设计系统时，考虑定时和同步需求是很重要的。假如各个传感器的数据不同步，便会降低测试数据之间的相关性；并且随着测试时间的增加，误差也会随之累加；此外，时钟的漂移也可能导致系统获得不同数量的样本，带来极大的困难和不确定性，不利于后续的数据整合分析。

多多通道同步数据采集系统在许多科研与工程领域的测试中具有广泛的应用价值，例如在麦克风采集阵列、电力系统、微波通信、无线传感网络、光学成像、相控阵雷达阵列、半导体测试、以及地震波检测与地震层析成像等工程领域的应用。

在这些测试任务中，为了数据后续的整合分析，无一例外地均要求对多个被测信号进行同步采集，以保证数据在时间上高度的相关性。因此，测试设备的在不同数据通道之间同步精度，直接影响目标任务的测试精度。

现有的多通道同步数据采集设备普遍具有以下缺点与不足：

首先，数据采集通道数量不足，多数不超过32个，不能满足某些具有特殊要求的测试测量任务；

其次，多数系统只能保证在单一数据采集设备上各通道同步，当目标通道数过多，需要多个数据采集设备共同工作时，由于晶体振荡器时钟的微小差别，不同设备之间的同步精度一直不高，一般都无法低于1ns；

最后，多通道数据采集设备的专用性比较强，普遍存在开发与维护难度大、费用高昂、兼容性差以及容易被淘汰等缺点。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中单一数据采集设备内的多路通道数据采集以及多个数据采集设备间的数据采集同步精度低的问题，本发明提供了一种超多通道全同步数据采集系统。

超多通道全同步数据采集系统，包括PXIe背板、PXIe控制器和n个PXIe数据采集卡；

PXIe控制器插在PXIe背板上的系统槽内，任意一个PXIe数据采集卡作为主卡插在PXIe背板上的系统定时槽内，剩余n-1个数据采集卡均作为从卡分别插在PXIe背板上的n-1个混合插槽或n-1个PXIe插槽内，n为大于2的整数；

通过PXIe背板中的通信总线，实现PXIe控制器与主卡间的数据通信；

通过PXIe背板中的定时触发总线，实现对主卡和所有从卡同时发送触发信号、以及实现对主卡和所有从卡同时发送时钟信号；

采集系统通过控制主卡和所有从卡上的所有采集通道接收的触发信号同步，另外，还通过主卡和所有从卡对接收的相应时钟信号进行相位调整，使得主卡和所有从卡上的所有采集通道时钟同步，最终实现所有PXIe数据采集卡卡间数据采集同步和任意一个PXIe数据采集卡上的所有采集通道数据采集同步。