基于USB的高精度多通道數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)
摘要:詳細(xì)敘述了用USB控制器CY7C68013與A/D轉(zhuǎn)換器ADS8364,構(gòu)成高精度多路同步數(shù)據(jù)采集卡的過(guò)程,并給出了相應(yīng)的前端電路和FPGA的控制流程。數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)USB協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院筒杉ǖ耐ㄓ眯?。ADS8364可以進(jìn)行6通道高精度的數(shù)據(jù)采集,符合大部分的數(shù)據(jù)采集要求。通過(guò)運(yùn)用FPGA對(duì)數(shù)據(jù)采樣,傳輸?shù)冗M(jìn)行控制,并在傳輸過(guò)程中進(jìn)行一些基本的數(shù)據(jù)處理。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)采集;USB;A/D;FPGA
在電子測(cè)量中,不僅需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行高精度的采集和預(yù)處理,而且要將其快速地傳送到計(jì)算機(jī),以便于對(duì)測(cè)量的監(jiān)測(cè)。文中選用ADS8364來(lái)進(jìn)行多通道信號(hào)采集,通過(guò)CY7C68013芯片采用USB2.O協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速傳輸。
1 多通道,高精度的A/D轉(zhuǎn)換
ADS8364是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的高速、低功耗,6通道同步采樣16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS8364采用+5 V工作電壓,并帶有80 dB共模抑制的全差分輸入通道以及6個(gè)4μs連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6個(gè)差分采樣放大器。
當(dāng)ADS8364采用5 MHz的外部時(shí)鐘來(lái)控制轉(zhuǎn)換時(shí),它的取樣率是250 kHz,同時(shí)對(duì)應(yīng)于4μs的最大吞吐率,這樣,采樣和轉(zhuǎn)換共需花費(fèi)20個(gè)時(shí)鐘周期。另外,當(dāng)外部時(shí)鐘采用5 MHz時(shí),ADS8364的轉(zhuǎn)換時(shí)間是3.2μs,對(duì)應(yīng)的采集時(shí)間是0.8μs。因此,為了得到最大的輸出數(shù)據(jù)率,讀取數(shù)據(jù)可以在下一個(gè)轉(zhuǎn)換期間進(jìn)行。
ADS8364中的采樣/保持模塊以最大吞吐率250 kB工作,它的輸入帶寬大于ADC的奈奎斯特頻率。而典型的小信號(hào)帶寬是300 MHz??讖窖舆t時(shí)間為5 ns,每次的平均增量為5 ops。這些特性反映了ADS8364接收輸人信號(hào)的能力。
1.1 A/D前端信號(hào)調(diào)理電路
鑒于多通道信號(hào)采集的時(shí)序的重要性,這里選用差分放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。
采用TI公司的運(yùn)算放大器OPA2227組成一個(gè)電壓放大器,將輸入電壓轉(zhuǎn)換到ADS8364的差分輸入電壓范圍。根據(jù)需要,可以通過(guò)調(diào)整放大電路中電阻的大小,改變輸入電壓的范圍,其對(duì)應(yīng)的參數(shù)表如表1所示。
ADS8364在參考電壓為2.5 V的情況下,其測(cè)量范圍為±1.25 V。而實(shí)際中的測(cè)試信號(hào)一般為±2.5 V,±5 V或±lO V,所以,在ADS8364的前端,要經(jīng)過(guò)線性衰減、限幅和濾波。其調(diào)理電路原理圖,如圖1所示。
1.2 A/D電源電路
數(shù)據(jù)采集電路需要完成高精度的數(shù)據(jù)采集,因此電源部分的設(shè)計(jì)是相對(duì)比較重要的。
評(píng)論