基于FPGA 的超高速数据采集与处理系统

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛基于FPGA的超高速数据采集与处理系统王彦如（青海师范大学国际教育交流中心，青海、西宁810008）摘要：介绍了一种基于FPGA的超高速数据采集与处理系统，给出了系统实现的方案，并详细阐述了各硬件电路的具体构成。对系统软件功能做了简要介绍，并利用嵌入式逻辑分析仪对该超高速数据采集系统进行了测试，验证了采样结果的正确性。该超高速数据采集与处理系统通用性和可扩展性较强，适合工程应用。关键词：数据采集；嵌入式逻辑分析仪；高速A

2、/D；FPGA中图分类号：TN974AUltrahighspeeddataacquisitionandprocessingsystembasedonFPGAWangYanru(Coll.ofInformationandCommunicationEngineering,HarbinEngineeringUniv.,Harbin150001,China)Abstract：AschemeofthehighspeeddataacquisitionandprocessingsystembasedonFPGAisintroducedinthep

3、aper.Thedesignofsystemisproposedandthecompositionisdescribedindetail.Thesystemsoftwarefunctionisbrieflyintroducedandthesamplingsignalistestedandverifiedcorrectlythoughembeddedlogicanalyzer.Theultrahighspeeddataacquisitionandprocessingsystemhassomeuniversalityandexpansi

4、bilityandfitsforengineeringapplication.Keywords：dataacquisition;embeddedlogicanalyzer;high-speedA/D;Field-programmablegatearray0引言在电子信息领域中，通常要求处理的频带要尽可能的宽、动态范围要尽可能的大，以便得到更宽的频率搜索范围，获取更多的信息量，这就要求A/D转换速度快而采样精度高，以]1[便满足系统处理的要求。随着电子元器件的不断发展，ADC的采样速率越来越高，很多公司都推出了采样率可达GHz以上的产

5、品。例如MAXIM公司的MAX108芯片，采样精度为8bit，采样率可达1.5Gsps；国家半导体公司（NationalSemiconductor）的ADC08D1500芯片，单片集成双通道，采样精度为8bit，单通道采样率可达1.5Gsps，另外新品ADC08B3000，单通道芯片，采样精度为8bit，单通道采样率可达3Gsps；Atmel公司推出的AT84AS004芯片，采样精度为10bit，采样率可达2Gsps，另外商用10位ADCAT84AS008GL，时钟频率达]2[2.2Gsps。本文介绍了一种基于FPGA的超高速数据采

6、集与处理系统，该系统采用了国家半导体公司（NationalSemiconductor）的高速采样器件ADC08D1000芯片与ALTERA公司的Stratix系列FPGA芯片，可实现采样速率1GHz的双通道数据采集和采样速率为2GHz的单通道数据采集。另外，考虑到该数据采集系统的后续数据处理问题，采用了TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片完成后端数据的处理。1系统硬件设计本文设计的基于FPGA的高速数据采集与处理系统硬件原理框图如图1所示，该数据采集系统为双通道数据采集系统，单片ADC08D1000集成了双通道模数转换功能

7、，采样速率为1GHz。如果该系统只需要完成一路信号的数据采集，那么可以选择ADC08D1000工作于交叉采样模式，此时，只需要将信号接于信号输入1端，信号输入2端悬空，这样即可实现采样速http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛率为2GHz信号的数据采集。采样后的数字信号送入FPGA进行预处理，预处理后的数字信号送入DSP做相应的后续处理。另外，可通过USB接口芯片将所需数据传给PC机，完成数据的存储、处理与显示等。图1高速数据采集与处理系统硬件原理框图1.1P

8、LL时钟电路该高速数据采集系统工作所需的时钟频率为1GHz，为了能提供一个稳定的时钟，该系统时钟源采用了ADI公司新推出锁相环频率合成器ADF4360-7。该芯片是个集成的整数N合成器和压控振荡器（VCO）。它的中心频率由外置电感决定