双24位设计的双核数据采集仪

2007-07-18 17:29:48 阅读次数:23265

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摘要:本文介绍了一种全新概念的数据采集仪器设计方法,称为双核采集仪。采集仪的每个通道都采用独特的双24位ΔΣ方式的模数转换(AD)设计,通过FPGA实现。双核采集仪在具备24位高精度特点的基础上,还获取了超过300dB/Oct的抗混叠滤波衰减率,更重要的是实现了160dB的单一量程范围,使得在测量各种大小不同的信号时,不再需要进行量程切换。双核采集仪不仅解决了数据采集中有关精度、量程和抗混叠的三个主要问题,还为多核采集仪的设计打开了思路。

关键词:数据采集,ΔΣ,AD转换,双核


0引言

数据采集是指将模拟信号转换为数字信号(AD转换)并进行存储的过程,其转换精度非常依赖于AD转换器的分辨率。随着技术的不断发展,AD精度已经从最初的4~8位发展到12~16位,直到现在的24位。24位AD理论上具有144dB的动态范围,而24位采集仪器的实际动态范围一般为100~120dB。一般的采集仪设计时,对每路信号的采集都直接使用一个AD转换器的输出结果作为采集后的数字信号,因此在单一量程下的可测量范围总低于AD的理论动态范围。

本文介绍的双核采集仪则突破了这种思维的束缚,对每路信号的采集同时使用两个24位AD转换器进行转换,并在硬件中通过FPGA对其进行重新组合,使得在单一量程下的可测量范围极大提高,达到160dB,超过了24位AD的144dB理论动态范围值,这样就可以有效避免由于量程设置不当造成的过载、欠载和动态范围不足的情况。

此外双核采集仪采用了ΔΣ方式的AD转换,结合FPGA,实现了过采样、数字滤波和重采样的过程(BDFWPS),结合8阶模拟滤波器,使得抗混叠滤波衰减率超过300dB/oct,对可能导致混叠的信号实现了有效的滤除。