双通道DSPEED－ADC_D2G高速数据采集板

摘要

本发明为一款双通道DSPEED－ADC_D2G高速数据采集板它主要由七个电源模块、双通道数据采集分流模块、两级缓存模块、采集控制处理传输模块、和数字信号协处理处理模块，StarFabric传输模块和对外物理接口部分组成；板型：CPCI 6U标准板型；工作平台是工控计算机平台。主要应用于SAR雷达回波信号采集、雷达信号侦察接收、储频干扰、软件无线电等对采样速率、输入带宽要求极高的数据采集场合。该发明解决了在GHz的采样速率下触发控制问题、数据的存储问题和数据传输问题，具有多种触发方式、信号处理方式、以及数据传输方式。

说明书

技术领域

本发明涉及一块超高速数据采集板卡及其硬件结构。

背景技术

超高速数据采集板卡主要应用于SAR信号回波采集、雷达信号侦察接收、储频干扰、软件无线电等需要超宽带、超高速信号采集的场合。在GSPS的数据采集速率下，I、Q通道同步、各种触发方式、数据的实时存储、采集数据的预处理以及传输、时钟网络分布都变得非常难于实现。

现有的数据采集板卡，采样率大多在250MSPS以下，带宽则在几十MHz左右，这些采集板卡不能应付现在百MHz甚至GHz的宽带信号。而少数能工作在GSPS的采集板卡，多数将ADC采集的数据直接或分流输入FPGA或者ASIC芯片，用FPGA或者专用芯片来完成采集的控制，用FPGA外挂DRAM实现采集数据的存储。这些设计都存在工作方式单一的问题，要么只能缓存少数数据，要么对外传输接口速率很慢，或者只有一种，触发方式只有一种。于是我们设计这款AD板卡，采集的数据接入两级FIFO模块，采集的触发、存储、传输、模式都围绕FIFO模块的读写控制来完成，并且可以工作在2GSPS的采样率。

发明内容

本发明的目的在于使用ADC，DeMux，FIFO、FPGA、DSP来构建一块超高速、超宽带数据采集板卡，并且能够灵活的实现各种采集触发(外触发、预触发、输入门限检测触发)控制、数据存储、数据处理、数据传输等功能。

本发明主要由电源部分(7个电源转换模块)、两通道ADC和DeMux模块(Atmel的TS83102G0，TS81102G0)、两级FIFO模块(由8片FIFO构成，每级每通道2片)，Altera公司的CPLD(EP1K30)作为采集控制模块，Altera公司的FPGA(EP2S60F672)作为数据处理和转发模块、一片TI公司的C6000系列DSP(TMS320C6412)，StarFabric模块(两片SG2010，一片SG1010)和一组模拟信号输入接口(4个SMA标准接头)、CPCI接口以及其他辅助电路。其软件主要包括：PCI控制、采样控制、触发控制、数据传输控制、StarFabric传输；板型：CPCI 6U标准板型；工作平台：工业控制计算机平台。

本发明的数据采集、触发方式、存储和传输功能通过以下技术方案实现：为完成GSPS的采样率，选用Atmel公司的采样速率达2GSPS的ADC芯片TS83102G0，并且用Atmel公司的数据分流芯片TS801102G0将采集的高速数据分流成8路慢速数据流。分流后的慢速数据输入FIFO模块，来完成数据的缓冲存储。触发输入给CPLD(EP1K30)，用CPLD控制FIFO的读写来完成采集的控制。FIFO的输出端接给FPGA(EP2S60)，由FPGA(EP2S60)来完成数据的预处理，转发的工作。而DSP(TMS320C6412)作为上位机(通过PCI接口)与内部控制模块(通过EMIF接口)通信的媒介，把上位机的控制传输到板卡内部，或者把板卡采集的数据以及状态信息传输给上位机。

基于以上方案，本数据采集板卡，具有2GSPS的采样率，3GHz的模拟输入带宽，2M Sample的存储深度，具有外触发、预触发、输入门限检测触发等多种触发方式。采集存储深度可控，多种对外高速接口包括PCI，自定义接口和StarFabric接口。并且具有很强的信号处理能力。

附图说明

图1-本发明的板卡实物图；

图2-本发明的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

见图1，图2。这款超高速数据采集板构成包括：由ADC和DeMux构成的数据采集分流模块，由FIFO位扩展和深度扩展构成的数据存储缓冲模块，两通道的采集数据输出给板卡上的的FPGA做传输或者处理，两通道数据采集的控制由板卡上的CPLD完成。板卡与CPCI主机的通信由TI公司的的DSP的PCI接口和板卡的StarFabric模块共同完成。

板卡的对外接口有：前面板的4个SMA，分别为模拟输入1，采集时钟输入，模拟输入2，触发信号输入，4个RJ45接口是StarFabric的LINK接口；板卡底部的CPCI接插件J1、J2、J3、J4、J5。板内的两个外接电源插座。

两个相对独立的数据采集通道，每个通道包括：一片型号为TS83102G0的ADC芯片，一片型号为TS81102G0的数据分流(DeMux)芯片，4片型号为IDT72T40118的FIFO芯片。

ADC的采样时钟通过SMA由外部提供的2GHz正弦信号，经过板内的比较器，产生方波时钟，提供给两路ADC。两路ADC的输入信号由两个SMA输入，直接给各自的ADC芯片。ADC将模数转换后的10位数据以及时钟输出给DeMux芯片。DeMux芯片把输入的高速数据流分流成8路10位低速数据流和慢速时钟输入FIFO模块。

每通道FIFO由两级构成，每级2片IDT公司的IDT7240118芯片，每片FIFO最大深度128K×40bit。每片FIFO的数据宽度时40位，两片位扩展可以接收Demux传来的80位数据。FIFO的工作时钟是250MHz，由DeMux分流后的数据的时钟也是250MHz，可以正常接收数据。

CPLD主要完成采集开始和结束控制、触发控制、采集深度控制。整个采集板对数据采集的控制集中体现在对FIFO读写使能的控制上。另外CPLD与板卡的DSP相连接，可以将DSP的参数设置传给CPLD做采集控制。

FPGA主要完成各种采样方式下读出FIFO模块内的采集数据，进行对外传输或者转发给DSP，也可以对读出的数据进行预处理。FPGA连接CPCI的J4、J5高速数据传输接口，可以把采集数据向板外传输，也可以将数据通过EMIF传输给DSP，由DSP做对外传输或者处理。

DSP(TMS320C6412)是采集板控制核心，它通过StarFabric模块间接与主机的PCI接口相连，可以与主机进行数据和命令通信。DSP通过EMIF接口与板卡内部的CPLD和FPGA相连，可以把控制命令传输到板卡内部，也可以把采集的数据读回来传输给主机。DSP的EMIF接口上挂有4片SDRAM，用来做数据存储，1片FLASH，用来做启动程序存储。

StarFabric模块作为板卡的一个传输模块，由两片SG2010、一片SG1010构成。一端接在DSP的PCI接口上，一端接在板卡的主机PCI接口上，另外还有4个分别连接到前面板RJ45接口和CPCI的J3接口上。可以将PCI协议转换为StarFabric协议，并利用RJ45接口和CPCI的J3接插件对外进行数据传输。

板卡的供电，主要来自CPCI，也可以采用外供，CPCI只提供+5V，+3.3V，+12V，-12V，而板卡内部的芯片还需要+1.2V，+1.4V，-5V，-3.3V等电压，所以板卡内还采用了7个TI公司的电源模块，来产生所需的电压。