[发明专利]一种基于网络接口的分布式高速数据采集系统

说明书

本发明公开了一种基于网络接口的分布式高速数据采集系统，通过多个ADC模块进行Interleaved分段数据高速采集，然后通过高速以太网络，在上位机进行数据处理，其中每一路ADC模块都包含一个基于ZYNQ Ultrascale FPGA控制芯片，分段数据采集模块与开发者设计的模拟通道之间的通信接口，把采集模块得到的数据送入数据存储模块，再通过高速DMA总线方式将数据送入PS中进行处理，最后将数据通过以太网络上传到上位机服务器，服务器对数据进行处理重建高速采集系统波形。本发明的有益效果是兼容性好，可扩展性强，数据存储深度大，功耗低，体积小，安装使用便携。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于网络接口的分布式高速数据采集系统。

背景技术

随着科学技术的高速发展，在通信、医疗、航空航天、高能物理、大规模集成电路等研究领域，电信号呈现出高度复杂化的发展趋势，主要体现在：信号频率的上限、信号带宽的不断扩展、非平稳特性以及信息量的急剧增长、瞬态信号等例如在5G通信系统进行开发调试和高频信号的眼图分析，根据奈奎斯特采样定理，采样率指标至少要求20GSPS，带宽5GHz。在安防监控领域针的PCI Express，DDR4高速串行协议接口的数据链路进行信号完整性测试和一致性分析，需要采样率至少24GSPS的高端电子测量仪器进行测试。在高能物理研究领域，粒子碰撞，电缆局部放电等研究领域，对宽带、高频、瞬态等复杂电信号的测量给数据采集系统提出了新的挑战。数字存储示波器(Digital Storage Oscilloscope,DSO)作为能在时域上直观反映被测信号的测量仪器，在电子信号测量的相关领域里有着不可替代的地位。高实时采样率、高带宽、高采样精度和高存储深度是数据采集系统亘古不变的追求，它反映了数据采集系统捕获宽带、瞬态、大动态范围信号的能力。由于国内材料、集成电路工艺等因素限制了高采样率ADC技术指标的快速提升，同时也限制了国产数字示波器的最高实时采样率指标的提升。由此可见，高速ADC器件的发展水平限制了我国高速数据采集系统的发展与进步。为了解决这一核心问题：一是加大在集成电路技术上的研究投入，力争尽快提高国产ADC等器件的性能指标；二就是通过对超高速并行采集系统架构的研究与创新，从而提升采集系统的采样率。数据采集系统的核心指标是模拟带宽、采样率、存储深度、垂直分辨率等。数字存储示波器作为采集系统在时域测量领域的主要应用，其发展现状与趋势代表了数据采集与存储系统的研究方向。美国的是德科技(Keysight，原安捷伦)、泰克(Tektronix)、力科(Lecroy)是在高端示波器领域处于领先地位的三大厂商。这些公司生产的示波器不仅品种覆盖范围广而且各类核心指标极高，占据了全球大部分的市场。泰克公司的宽带高性能示波器DPO70000SX系列最高可以捕获达到70GHz具有低噪声的信号，利用异步时序交织(Asynchronous Timing Interweaving)技术使采样率最高可达200GSPS，拥有1Gpts的存储深度。是德科技公司推出的Infiniium Z系列示波器，凭借Real Edge专利技术将其带宽扩展到63GHz，采样率高达160GSPS，拥有业内最高的2Gpts存储深度。力科公司生产的Lab Master 10Zi系列示波器采样率240GSPS，模拟带宽可达100GHz，是目前全球最高带宽的数字示波器，它打破了通道障碍提供了更多的带宽密度。国内示波器行业发展较晚，但近年来在市场竞争下也在各项技术创新上有巨大的进步。目前国内示波器研发位于前列的代表性有江苏绿杨(Lvyang)，普源精电(Rigol)等民营企业，以及电子科技大学、中电集团第四十一研究所等机构。江苏绿杨公司的LDP60000系列示波器最高采样率可达5GSPS，单通道存储深度128Mpts。目前由电子科技大学研制的示波器，该采集系统仅有一个20GSPS的采样通道，带宽为2.5GHz，垂直分辨率8bit，利用DSP作为系统控制与显示的核心，数据处理能力较为不足。由于国内企业技术不够成熟且能进口采购得的ADC芯片最高采样率为5GSPS，国内很难有同时兼具高采样率、高垂直分辨率、高存储深度的等指标的高端示波器产品。所以本发明对于高速高清晰采集与存储系统的研究，能够为填补国内这块空白做出贡献。

发明内容