新一代数据采集器模拟量采集卡设计技术

《新一代数据采集器模拟量采集卡设计技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、新一代数据采集器模拟量采集卡设计技术DesignTechniqueofAnaIogSignaIAcquiSitionCardintheNewGenerationDataCoIIector(中国飞行试验研究院，陕西西安710089)田方正郭小兵颜义红摘要：数据采集器是飞行试验关键的测试设备，它的性能与现代飞机飞行试验有很大的关系．为满足现代飞机设计定型的需求，新一代数据采集器设计大量采用了FPGA和DSP器件，大大提高了采集器测量参数的采样率、通道数、测量参数类型和使用的灵活性．介绍了新一代采集器模拟量采集卡设计技术，用数字信

2、号处理技术来实现信号的放大、滤波及偏置修正，并提供了对采集卡各个部分进行设计的理论依据。关键词：量化噪声；半带FIR滤波器；采样率多级变换；超采样频率Abstract：DatacollectorISanimportantflight—testlnstrurnent；ltscharacterwillgreatlyaffecttheflighttestofmodemaircraft．Tofilltheevaluationrequirementofmodemaircraft，alargenumberofFPGAandDSPcomp

3、onentshavebeenusedinthedesignofthenewgenerationdatacollector,whichwillgreatlyincreasethesamplingrate，channelnumber,parametertype，andimprovetheflexibilityofusage．Thedesigntechniqueoftheanalogsignalacquisitioncardinthenewgenerationcollectorisintroduced，andthetheoreti

4、calsupportofitsdesignispresented．Thedigitalsignalprocessingtechnologyisusedtomagnify,filterandcorrecttheoffsetfortheinputsignals．Keywords：quantizationdistortion；semi—flatFIRfilter；multilevelchangeofsamplingrate；superfrequencyofsampling随着微电子技术、计算机技术日新月异的发展，带来了新一代飞机航

5、空电子设备的新发展。在飞行试验中，新机要求测量模拟量参数、各种数字量以及总线参数的数量不断增加，传统的数据采集器无论从测试参数的数量、种类以及体积和重量各方面已不能满足新一代飞机设计定型的需求。传统的数据采集器，特别是模拟量156采集卡用硬件电路来实现对输入信号的放大、滤波和偏置，采集卡所用元器件多，使用缺乏灵活性。以模拟滤波器为例，由于元器件的离散性，通道之间不但有群延时，而且滤波器的特性一经设计完成就无法更改。设计者为提高滤波器的滤波性能，只能以提高滤波器的阶数，即增加元器件的数量为代价，这样就造成了模拟量采集卡测量通道

6、少，精度低、耗电多，采集卡体积大。为满足现代飞机对测试任务的需求，新一代数据采集器模拟量采集卡从设计上打破了传统采集器模拟量采集卡的设计理念，以FPGA或DSP作为采集卡的核心。用数字信号处理来实现信号的放大、滤波及偏置修正，同时与采集器管理卡实现异步采集，使采集器的采样率可提高到500kHz，采集卡体积减小。以测量模拟差动电压采集卡为例，在一块80mm×90mill的卡上可以测量24路差动信号。在采集器测量通道数量提高的同时，系统也提高了测量精度，大大减少了体积和耗电量，满足新一代飞机飞行试验的要求。1新一代数据采集器模拟

7、量采集卡的设计技术，新一代数据采集器模拟量采集卡采用FPGA大规模可编程逻辑器件和DSP数据信号处理器来实现数字滤波和信号放大、偏置修正。典型的模拟量采集卡方框图如图1所示。下面分析具体的设计技术。1．1抗叠混滤波器和利用A／D变换器超采样设计技术在实际的飞行试验中，飞机上的电磁环境比较复杂，各种干扰信号比较多，在用户测量的频率范围以内总会出现噪声。因此要设计一个符合实际应用的抗混叠滤波器，减小测量信号频率范围内的混叠，就要利用信号采样频率和混叠误差电平之间的关系，A／D变换器的分辨率和滤波器参数之间的关系，选择合适的采样频

8、率，使被测信号通过抗混叠滤波器的混叠误差电平达到设计指标。由于新一代采集器模拟量采集卡采用了数字滤波器，因此采集卡输入级采用简单的抗混叠滤波器。典型的模拟量采集卡输入信号经第一级放大器(庐1)到抗混叠滤波器，抗混叠滤波器采用二阶巴特沃兹有源低通滤波器，它的截止频率一般设定157为3kHz。