高速(200MSPS-300MSPS)数据采集卡的研究

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现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高,在雷达、声纳、软件无线电和瞬态信号测量等一些高速、高精度的测量中,需要进行高速数据采集。高速数据采集对信号完整性、噪声干扰、高速布线及数据处理和高速实时存储要求极高,而其应用环境又往往非常复杂,所以在目前的实际应用中,很难实现一种既能进行长时间高速数据采集、又能进行大容量存储的数据采集系统。 在此背景下,本文提出了一种高速数据采集及存储的解决方案,具体研究内容如下: 1.系统研究了高速AD 采集电路的工作机理,对模拟输入电路、模数转换电路和数字输出电路进行硬件设计,并通过电路搭建组成高速AD 采集电路;研究了高速电路中产生干扰的因素,并通过使用去耦电容、匹配电阻等器件提高了数据采集系统的抗干扰性能。最终使数据采集系统的采样速率达到210MSPS,有效位达到8.3b。 2. 通过对传统数据存储方式的研究,提出采用高速FPGA 加嵌入式微处理器作为中央处理器来进行高速数据传输和磁盘阵列数据存储的方案。利用FPGA 完成对数据的读取、分发和存储,并利用嵌入式微处理器控制数据传输的启动和停止,可以有效提高数据采集系统的存储性能,使数据采集系统的平均存储速率提高到200MB/s 以上。 3. 通过分析印制电路板产生噪声的原因,对电源层进行内电层分割设计和对模拟和数字地线进行单点磁珠连接设计,抑制了不同电源之间产生的电磁干扰和模拟地与数字地之间产生的串扰,提高了印制电路板的抗干扰性能。通过构建传输线串扰模型,研究了传输线串扰产生的根本原因,提出了增大传输线间距的解决方案,并通过软件仿真验证了方案的可行性。 4. 通过对硬盘存储方式的研究,设计了顺序记录式文件系统,为每64字节的数据分配独立的地址和索引块,保证了数据存储的准确性,提高了数据调用的速度。
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