[发明专利]基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入方法及系统

权利要求书

1.一种基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统，其特征在于，所述基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统设置有：四通道电阻率测量总线、模拟开关、现场可编程门阵列FPGA、A/D模数转换器、D/A模数转换器、可控恒流源、电流切换、ARM处理器、参数配置串口、数据传输串口、数据存储模块、日历时钟模块；

四通道电阻率测量总线包括信号通道N、信号通道P、电流通道A、电流通道B；

通过模拟开关实现电极切换接入四通道电阻率测量总线，模拟开关的导通与关断通过现场可编程门阵列FPGA的I/O端口控制；

信号通道N、信号通道P连接A/D模数转换器，实现电极间电压信号的模数转换；

电流通道A、电流通道B与D/A数模转换器控制的可控恒流源连接，实现电极间的交流供电；

ARM处理器通过FMSC总线与现场可编程门阵列FPGA连接，现场可编程门阵列FPGA通过IO控制与电流切换、模拟开关连接；

ARM处理器通过UART端口与参数配置串口、数据传输串口连接，ARM处理器通过I/O端口与A/D模数转换器、D/A数模转换器、数据存储模块、日历时钟模块连接。

2.如权利要求1所述的基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统，其特征在于，所述A/D模数转换器采用24位模数转换器，所述D/A数模转换器采用16位数模转换器。

3.如权利要求1所述的基于FPGA和模拟开关高密度电极切换接入系统，其特征在于，所述D/A数模转换器连接可控恒流源，D/A数模转换器将ARM处理器给出的数字量控制信号先转换为0到4V的模拟量电压，再通过可控恒流源电路产生对应的0到200mA的测量电流；所述可控恒流源的输出通过电流切换连接到电流通道A、电流通道B，电流切换在现场可编程门阵列FPGA的控制下实现对电流通道A、电流通道B的交流供电；

所述的A/D模数转换器将信号通道N、信号通道P之间的模拟信号转换为数字量信号发给ARM处理器；

所述模拟开关在现场可编程门阵列FPGA的控制下，实现96个电极切换，每次选出四个电极与四通道电阻率测量总线连接。

4.如权利要求1所述的基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统，其特征在于，所述模拟开关内置有独立的CMOS管作为单刀单掷的模拟开关，逻辑高电平时导通，每个模拟开关在正常工作温度内导通电阻小于0.8Ω，切换时间为25ns，适用于1.8V、2.7V和3.6V的逻辑电压；使用96个模拟开关连接96个电极。

5.如权利要求1所述的基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统，其特征在于，参数配置串口和数据传输串口为UART串口；日历时钟模块为带有待机电源的RTC电路；数据存储模块采用SD卡，负责储存数据与工作日志。

6.一种基于权利要求1所述基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入系统的基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入方法，其特征在于，所述基于FPGA和模拟开关的高密度电极切换接入方法包括以下步骤：

第一步，ARM处理器通过FSMC总线向现场可编程门阵列FPGA发出电极切换接入命令，现场可编程门阵列FPGA通过I/O控制模拟开关的导通和关断以实现电极切换接入；

第二步，ARM处理器给出测量电流信号的数字量给D/A数模转换器，D/A数模转换器转换成相应的电压信号，电压信号经过可控恒流源转换成直流电流信号，直流电流信号通过电流切换变换成交流电流信号接入电流通道A和电流通道B上的电极；

第三步，连接信号通道N和信号通道P的A/D模数转换器将信号通道上的电极间的电压信号转换成数字量发送给ARM处理器，ARM处理器计算获得信号通道上的电极间的电阻率。