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基于声学或脉冲信号的4通道AD采集DSP处理平台
来源:奥世科技 | 作者:奥世 | 发布时间: 2016-02-04 | 43737 次浏览 | 分享到:
高速采集和实时信号处理,采用标准PCIE结构,遵循PCIE协议进行设计



1、板卡概述


高速采集和实时信号处理同在一个板卡,采用标准PCIE结构,遵循PCIE协议进行设计。模块主要由数字和模拟供电电路部分、时钟产生和分配、FPGA主控部分、高精度高速AD转换、DSP实时信号处理、对外接口等组成。同时DSP也可以出网络,支持单板工作模式。具体框图如下:


1:高速采集和实时信号处理模块电路框图

模块实时采集外部光电转换后的模拟信号,在FPGADSP内完成相应的算法,通过PCIE总线和以太网接口输出位置数据。

模拟信号预处理除了完成输入信号的阻抗匹配,还实现AD前端模拟信号的预处理和电平匹配。AD转换电路采用高精度100MHz16位或14位分辨率转换芯片,完成四通道同步采集。实时信号处理采用浮点高性能DSP芯片实现。

1)        高速多通道采集硬件主要指标

a)        采样频率:DC-100MHz

b)        通道数:4通道,同步采样

c)        输入信号范围:±1V±2V(换电阻选择,设计可用AD9253-105,可参考ATS9440高速采集卡,可升级焊接AD9653

d)        输入阻抗:50Ω

e)        采样位数:1614

f)         有效位数:≥10.5

g)        3dB带宽:≥60MHz

h)        外触发,外时钟

2PCIe卡功能框图

3FMC子卡功能框图

2)        数字硬件指标

a)        标准PCIE板卡

b)        支持PCI Express v1.1 v2.0标准

c)         支持8x PCIe,兼容1x4x,理论带宽最高1.6GB

d)        板载1GB DDR3 SDRAM64800MHz,包含4DDR3颗粒,用来完成数据缓存

e)        FPGA采用Xilinx XC7K160T-2FFG676I,工业级温度范围

f)         FPGA支持SPI加载模式

g)        DSP采用TMS320C6748,工业级温度范围

h)        DSP外挂1Gb DDR2 SDRAM256Mb Nor Flash

i)         板卡具有1100M以太网口

j)         板卡具有416100 MSPS ADC,支持外触发、支持外时钟

k)        板卡具有1个拨码开关用来控制模拟前端的输入幅度

l)         板卡具有1RS485通讯接口

m)       板卡具有4LED指示灯

3)        AD指标

a)         AD芯片采用ADIAD96534通道同步采集

b)        最高125MSPS采样率,理论最高16位分辨率

c)        单端输入,最高2Vp-p,直流耦合

d)        支持外时钟输入

e)        支持外触发输入

f)         支持软件触发

g)        支持4路外触发输出。

4)        操作系统

工控机架构:可在WIN732/64位)操作系统下运行,电路和配套驱动程序具备DMA传输功能。

2、主要芯片介绍

1)        FPGA介绍

FPGA 选用XC7K160T-2FFG676I,性能指标如下:

a)         逻辑资源:具有162,240 LogicCells

b)        存储器资源:具有最大2,188Kb分布式 RAM,总块RAM11,700Kb

c)         DSP资源:600 DSP slices

d)        时钟资源8CMTS

e)        PCIE资源:1PCIeIP,支持PCI Express 2.1,支持Gen1Gen2的数据速率

f)         GTX资源:8GTXs,最大支持12.5Gbps

g)        IO资源:400IO(其中250IO支持1.5V-3.3V150IO支持1.5V-1.8V)。

2)        DSP介绍

DSP选用TMS320C6748,主要性能如下:

a)         DSP时钟主频375/456MHzC647x定点浮点运算

b)        内存总线独立,支持16Bit DDR2 SDRAM

c)         外部存储器接口(EMIFA),支持8 / 16Bit宽的Nor FlashNand Flash,支持16Bit SDRAM

d)        3个可配置的16550UART模块,16字节FIFO深度

e)        2SPI接口,每个支持多路片选

f)         2个集成IIC总线接口

g)        2个多通道缓冲串口(MCBSP

h)        110 / 100Mbps以太网MAC,支持MII / RMII

i)         1HPI主接口,16位混合地址数据总线,适应高带宽的数据传输

3)        AD芯片介绍

板卡采用1ADC,具体型号为:AD9253BCPZ-105。兼容 AD9653芯片设计。

ADC的主要特性有:

a)         1.8V电源供电

b)        低功耗:每通道164mW125MSPS

c)         信噪比(SNR):76.5dBFS70MHz2.0Vp-p输入范围)

d)        信噪比(SNR):77.5dBFS70MHz2.6Vp-p输入范围)

e)         SFDR90dBc(至内奎斯特,2.0Vp-p输入范围)

f)          DNL±0.7LSBINL±3.5LSB 2.0Vp-p输入范围)

g)        串行LVDSANSI-644,默认)、低功耗

h)        650MHz全功率模拟带宽

i)          2Vp-p输入电压范围(支持高达2.6Vp-p

j)          串行端口控制

3、软件内容

1)        DSP接口测试软件

a)        DSPDDR2测试软件

b)        DSPNor Flash 擦写软件

c)        DSPFPGAEMIF通信

d)        DSPFPGAuPP通信

e)        DSP的网口、RS485接口通信

f)         DSPBootloader与加载程序

2)        FPGA接口测试软件

a)         FPGADDR3接口测试程序

b)        FPGA的时钟接口测试程序

c)         FPGADSP的接口程序

d)        FPGA程序配置与加载

e)        FPGAAD采集程序

f)         FPGAPCIE接口程序

g)        DMA测试程序,FPGA完成AD采集后,通过DMA把采集到的某段原始数据直接传输给上位机内存。

3)        Windows程序

a)         Windows程序用VisualC++编写。

b)        VisualC++ 程序开发版本为:Visual Stdio 2010

c)        支持win732位与64位操作系统)。

d)        Windows程序提供驱动程序和DLL


 
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