[发明专利]一种速变信号采编器

说明书

技术领域

本发明涉及一种速变信号采编器，特别是涉及一种属于模拟数字信号高速混合采编装置的速变信号采编器。 

背景技术

一般的数据采集系统是指将温度、压力、位移、流量等模拟信号转换、编码成数字信号后，由计算机存储、处理、显示的过程。相应的系统就称为数据采集系统。数据采集系统主要任务是，采集传感器输出的模拟号并转换成计算机能识别的数字量，送入计算机，根据不同需要而由计算机进行相应计算与处理，得到所需的数据。 

目前的数据采集系统多数还是基于传统PC结构，而这种结构在存储容量的扩展性、存储的速度、可靠性、容错性、配置的灵活性、占用空间适应性等方面都还有很大的不足。具体来说，目前基于单片机或DSP方式的数据采集系统有以下不足之处：1）单片机的时钟频率较低，各种功能都要靠软件的运行来实现，软件运行时间在整个采样时间中占很大的比例，效率低，难以适应高速数据采集系统的要求。2）DSP的运算速度快，擅长处理密集的乘加运算，但很难完成外围的复杂硬件逻辑控制。 

现在常用的采集方式是通过数据采集板卡实现数据采集。采用板卡方式的数据采集系统不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且容易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制。这些采集系统结构比较复杂，成本较高，常见的连接图见图1所示。 

随着航天航空、气象、通信等多个领域对数据采集处理的要求不断提高，传统的设备已经无法满足某些特定场合的使用要求，基于以上考虑，亟需提 供一种新型的速变信号采编器。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小巧、采集速度快、编码率高、可以实现数字信号与模拟信号混合编码、采编信号输出接口硬件简单并实现了标准化的速变信号采编器。 

为解决上述技术问题，本发明一种速变信号采编器，包括信号调理模块、数字信号编码模块、高速混合编码模块、高速串行发送模块、多路选择器、FPGA，以及为上述器件供电的电源模块； 

所述信号调理模块采用运放AD822搭建调适电路，将输入信号缩放到AD采集的范围； 

多路选择器实现高速混合编码模块轮流采集多个通道的数据； 

高速混合编码模块采用高速AD转换器实现输入信号的量化编码； 

FPGA控制AD转换器的控制逻辑，FPGA根据各自信号不同的采样率结合数字量的编码率将所有采集信号的数字编码组合成一个数据帧； 

数字信号编码模块采用差分接收芯片DS26LS32将PCM数字码差分形式的数字信号转换成为TTL电平信号，供FPGA处理； 

高速串行发送模块将编码后的数据帧通过LVDS接口向外发送。 

电源模块包括一级模块与二级模块；一级模块将外部输入电源采用DC/DC进行隔离变换，隔离变换后的电源提供给内部各个模块使用；二级模块包括信号调理部分使用的6.5V电源、AD变换器和串行发送模块使用的5V供电，FPGA的核心逻辑供电1.2V及外围接口供电3.3V。 

数字信号编码模块采用电平转换芯片MAX3002将TTL电平信号由5V电平转换成3.3V电平。 

对于传输距离较远的应用场合，所述高速串行发送模块内包含有将 LVDS转换为RS422差分串行信号的功能。 

本发明优点如下： 

输入信号配置灵活、自由组合，由于信号调理电路为标准化的模块，可以根据信号性质和不同处理方法设计标准输出接口的前端调理电路，目前已经实现的调理模块有振动、冲击、噪声等速变参数和应变、温度、压力等缓变参数。 

实现了模拟信号与数字信号的混合编码，所有模拟信号通过FPGA控制轮询采编，转换为数字编码后存放在相应的缓冲区，各种类型的数字量信号包括有格式的PCM码流或各种无格式的数字编码也存入相应的缓冲区，在缓冲区内进行组帧，编码为一个混合数据包。 

控制逻辑完全由FPGA控制，不需要单片机或DSP及其外围的复杂设备，减小了系统硬件设计的复杂性，大大缩小了模块的体积，适用于许多型号火箭与导弹对安装空间比较受限的试验场合。 

采样速率高，之前以单片机或DSP为主控芯片的数据采编器受限于CPU的速度只能达到数百Ksps左右，FPGA时钟主频大大提高，更主要的是FPGA为并行流水线结构，信号的采编、存储和编码可同步进行，我们实现的单采编板速度可达4～5Msps。 

实现数据采集与数据存储的分离，信号采编器与信号存储器分离，特别适合于航天火箭导弹系统的试验应用，在受较大落地冲击而造成采编器损坏的情况下，可单独取出抗冲击的数据存储器读取试验数据。