[发明专利]一种基于FPGA的小型化数模转换装置及应用

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的小型化数模转换装置，包括模拟电路，用于获取采集设备的模拟信号，并对模拟信号滤波放大后转发给音频转换器；音频转换器，用于将接收的模式信号转化为数字信号，得到音频数据，并将音频数据发送至FPGA；FPGA，用于基于接收的命令数据控制模拟电路和音频转换器工作，对获取的音频数据缓存封装后，转发至通讯接口，还用于接收外部同步时钟，并基于同步时钟为所述音频转换器提供工作时钟，以实现多个音频转换器之间的同步采样；通讯接口，用于实现FPGA与通讯总线之间的命令数据与音频数据的交互。该装置能够控制多个音频转换器同步采样，且能够实现分布式组网通讯。

技术领域

本发明涉及FPGA技术、音频接口扩展技术及数字通讯领域，具体涉及一种基于FPGA的小型化数模转换装置及应用。

背景技术

随着物联网技术的发展，模块化、小型化、具有灵活组网能力的硬件装置越来越受到业界的追捧。在物联网领域中，对于传感器信号的数字化以及设备之间的高带宽、长距离通讯是研究的关键核心之一。如何设计一种小型化的硬件装置，能够完成数据采集、数字化传输、分布式通讯，同时又具备多种接口供系统模块化设计，是一项非常重要的课题。

在物联网领域，声音信号处理是重要的一个环节。目前，音频接口扩展技术通过逻辑开发的方式较为普遍，使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)开发，具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，是小批量系统提高系统集成度、可靠性与灵活性的最佳选择之一。

目前，芯片制作工艺已经达到10nm级别，采用小型化、高性能芯片设计小型装置已经成为可能。因此，本发明在各种数据采集传输系统中，如物联网系统、水下声学信号采集系统、地震勘探系统等，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于FPGA的小型化数模转换装置及应用，该装置能够在小型化的装置上实现音频信号同步采集与数模转化以及高带宽长距离的组网通讯。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于FPGA的小型化数模转换装置，所述数模转换装置包括：

模拟电路，用于获取采集设备的模拟信号，并对所述模拟信号滤波放大后转发给音频转换器；

音频转换器，用于将接收的模式信号转化为数字信号，得到音频数据，并将所述音频数据发送至FPGA；

FPGA，用于基于接收的命令数据控制所述模拟电路和音频转换器工作，对获取的音频数据缓存封装后，转发至通讯接口，还用于接收外部同步时钟，并基于所述同步时钟为所述音频转换器提供工作时钟，以实现多个所述音频转换器之间的同步采样；

通讯接口，用于实现所述FPGA与通讯总线之间的命令数据与音频数据的交互。

本发明提供的数模转化装置能够控制多个音频转换器同步采样，且能够实现分布式组网通讯，在获得稳定同步采集数据的同时，能够扩大整个采集系统的数据采集量。

其中，所述FPGA包括：

通讯模块，用于对接收的命令数据串并转换和数据解码后转发至所述转发内存控制器，还用于对接收的音频数据协议封装和并串转换后转发至所述通讯接口；

转发内存控制器，用于对接收的音频数据进行缓存和转发至所述通讯模块，还用于将接收的命令数据转发至所述命令控制模块；

命令控制模块，用于基于接收的命令数据控制所述模拟电路对模拟信号的滤波和放大，还用于控制音频转换器将滤波放大处理后的模拟信号转化为数字信号；