双24位设计的双核数据采集仪

《双24位设计的双核数据采集仪》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、52现代振动与噪声技术(第5卷)双24位设计的双核数据采集仪应明杜峰应怀樵沈松(北京东方振动和噪声技术研究所，北京，100085)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△∑方式的模数转换(AD)设计，采用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3个主要问题，还为多核采集仪的设计

2、打开了思路。关键词：数据采集；A∑；AD转换；双核Abstract：Inthispaper，anewconceptofdataacquisition(DAQ)designnameddual—coreDAQinstrumentisintroduced．Two24一bitanalog—to—digitalconverters(ADCs)andFPGAareusedforeachchannelinthisspecialinstrument．Withthedelta-sigmatypeADCsand8orderanalogfil—ter，it’Santi—ali

3、asingfilterattenuationratioupto300dB／oct．Whatismoreimportant，ithas160dBwidthrangeinoneinputrange．Fordifferentsignals，itneednottoswitchdifferentinputrange．Thedual—coreDAQinstrumentnotonlyresolvetheproblemofprecision，inputrangeandanti—aliasing，butalsopreparetheideaofmulti—coreDAQco

4、ncept．KeyWords：DataAcquisition；Delta—Sigma(A∑)；Analog—to—DigitalConverter(ADC)；DUla—COre1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12一16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

5、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。双核采集仪不仅具有24位分辨率，还具有160dB的单一量程测量范围，超过了24位AD的144dB理论动态范围值，双24位设计的双核数据采集仪53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。2基于A∑方式的24位AD转换数据采集的核心是AD转换器，随着芯片技术的迅速发展，AD转换器的精度也不断提高，最初的精度只有4—8位，而当前的主流A

6、D精度已经是24位。AD位数的提高不仅提高了AD转换的分辨率，而且对提高仪器的动态特性起着主导作用，表1为几种常用AD精度的理论动态范围以及仪器的动态范围比较，可见基于24位AD的采集仪在分辨精度和动态范围两个方面都远高于其他AD采集仪。一般24位以下AD多数使用逐次比较方式，但由于逐次比较方式的效率较低，在中高采样速率下难以实现24位的精度，所以24位AD常常使用先进的基于增量比较的△∑方式，此方式下的AD转换器每次采样比较的是同前一点的增量，充分利用了以往数据的信息，具有很高的效率，并且采用过采样的方式，以速度换精度。通常△∑方式AD的过采样倍数是2

7、56或128倍，并进行数字滤波，然后重新抽取，以获得24位的采样精度。表1几种A11)采集仪的动态范围比较AD精度(位)分辨率AD理论动态范围／dB采集仪动态范围／dB1240967250—6016655369660—802416777216144100—120双24●——160(量程范围)3双核采集方式的实现一般的采集仪设计时，对每路信号的采样都直接使用一个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，即使对于24位AD采集仪，其动态范围也不过120dB。，双核采集仪则突破这种思维的束缚，对每路信号都同

8、时使用两个24位AD转换器进行采样，然后通过FPGA对两个信号进行重新累加组合，