如何使產品快速集成高速信號采集功能？

　　摘要：在科技飛速發(fā)展的今天，各種自動化儀器及自動控制都離不開信號采集，而且要采集的信號越來越快，精度要求也越來越高。如何簡單快速的讓系統(tǒng)集成這項功能呢?

　　1、ZSDA1000的基本介紹

　　ZDS1000是ZLG致遠電子開發(fā)的高速信號數(shù)據(jù)采集模塊，模塊通過PCI Express2.0接口與主機端連接，350M帶寬，1GSa/s的采樣速率。用戶只需要通過動態(tài)鏈接庫文件就可以輕松控制模塊進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理?？捎糜谫|譜分析、雷達信號捕捉、材料分析等場合。

　　圖 1 ZSDA1000 模塊

　　2、ZSDA1000的工作原理

　　圖 2 模擬部分框圖

　　ZSDA1000的模擬部分結構示意圖如上圖所示。待測信號通過通道耦合選擇后，與“垂直偏移電壓”相減，之后經過放大，輸送到ADC與觸發(fā)模塊;在觸發(fā)模塊中，與“觸發(fā)比較電壓”進行比較，完成觸發(fā)功能。ADC與觸發(fā)模塊之后的數(shù)據(jù)，將輸送到數(shù)據(jù)處理芯片中，完成數(shù)據(jù)采集與采樣控制。

　　圖3 整體框圖

　　ZSDA1000的整體框圖如圖3所示。采用FPGA為核心處理器，負責ADC的高速數(shù)據(jù)讀取、PCIE高速數(shù)據(jù)傳輸和相關控制功能。ADC采用雙路8位高速ADC，采樣頻率1.0GSPS，與上位機通信采用PCIE×4進行通信，板載1GB DDRIII。

　　3、ZSDA1000的性能

　　垂直分辨率：8 bit

　　最大采樣率：1GSa/CH

　　通道數(shù)：2CH

　　信號輸入范圍：100mVpp~5Vpp

　　模擬帶寬：DC～350MHz

　　死區(qū)時間：10μS

　　板載內存：1GB DDRIII

　　通信鏈路：PCI Express 2.0

　　4、ZSDA1000應用——質譜儀

　　質譜儀又稱質譜計，主要用于分離和檢測相關物質含量。其根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理，按物質原子、分子或分子碎片的質量差異而進行物質分離和物質檢測等工作。

　　圖 5質譜儀結構示意圖

　　其中，離子源、質量分析器和離子檢測器完成了物質檢測中由普通物理特性到電量轉化的一個過程，其后即是信號調理與數(shù)模轉換的處理過程。由于檢測物質的多樣性，離子檢測器所得到的電量信息差異極大，包含不同的電壓幅值、不同時間間隔的信號。

　　為了能準確將如此電量進行恰當、快速的數(shù)模轉換，信號采集模塊必須具備足夠的模擬帶寬、足夠的采樣速率、足夠的測量電壓范圍。而ZSDA1000高速數(shù)字采集模塊，憑借其優(yōu)秀的精度和速度，出色完成了這項工作。

　　具體介紹如下：

　　ZSDA1000在PC軟件的控制之下，根據(jù)輸入信號電壓的幅度，對信號進行相應的衰減與放大，之后控制高速模數(shù)轉換器ADC對此信號進行模擬量到數(shù)字量的轉換。與此同時ZSDA1000中的觸發(fā)模塊同時在工作，控制著數(shù)據(jù)采集的開始與結束，確保所采集得到的數(shù)據(jù)是滿足用戶所感興趣的數(shù)據(jù)。

　　ZSD1000采集模塊板使用高端的FPGA芯片，能確保對ADC數(shù)據(jù)進行實時接收、儲存，并進行相應的數(shù)學處理。ZSDA1000能對所采集數(shù)據(jù)進行多達65535次均值處理，可有效過濾采樣過程中的隨機噪聲，確保采樣數(shù)據(jù)的精準度。

　　ZSDA1000高速信號數(shù)據(jù)采集模塊具有優(yōu)秀的帶寬和精度，強大的數(shù)據(jù)存儲和處理能。采用PCI Express2.0接口，配套完整的軟件資源，開發(fā)周期短，使用方便?？梢钥焖俚淖屇南到y(tǒng)集成高速數(shù)據(jù)采集功能。