文献标识码:A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200867
中文引用格式:李海涛,李斌康,田耕,等. 基于JESD204B的1 GS/s、16-bit数据采集系统研究[J].电子技术应用,2021,47(4):126-131.
英文引用格式:Li Haitao,Li Binkang,Tian Geng,et al. Research on 1 GS/s,16-bit data acquisition system based on JESD204B[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(4):126-131.
0 引言
随着微电子技术、开云棋牌官网在线客服制造工艺的飞速发展,越来越多的数据采集系统基于“ADC+FPGA”的架构,实现定制化的性能参数。一般情况下,模拟信号输入ADC进行模拟数字转换,ADC输出采样数据至FPGA;当ADC输出的采样数据率高于FPGA内部逻辑资源的处理速率时,FPGA不能直接接收数据进入其内部逻辑资源,需要对输入数据进行接收转换、延时调整和降速处理等操作之后,才能进入FPGA内部处理;再通过外部总线协议读取FPGA内部的缓存数据,做在线数据分析或离线数据分析。
国内对数据采集系统的研究正在蓬勃开展,取得了很大的进步和成果:2012年,中国科学技术大学唐绍春基于时间交替并行采样技术研制了10 GS/s、8-bit的数据采集系统[1];2013年,中国科学院高能物理研究所邹剑雄研制了4 GS/s、12-bit数据采集系统[2];2019年,中国科学技术大学梁昊研制双通道5 GS/s、10-bit数据采集系统[3];2019年,成都电子科技大学周楠研制了5 GS/s、12-bit数据采集系统[4];2019年,成都电子科技大学蒋俊、杨扩军基于时间交替并行采样技术研制了20 GS/s、8-bit数据采集系统[5];2019年,中国工程物理研究院二所吴军研制了6.4 GS/s、12-bit前置数据采集系统,应用于脉冲辐射场诊断。
国内外公司也推出很多的示波器产品等,包括中国的公司如普源精电科技(RIGOL)基于自研的凤凰座(Phoenix)示波器ASIC芯片组,研制的DS8000示波器性能达到10 GS/s、8-bit。美国Tektronix公司研制的高分辨率示波器如MSO58LP,性能达到3.125 GS/s、12-bit;美国Teledyne公司研制的高分辨率示波器如HDO8108A,性能达到2.5 GS/s、12-bit,还有一款数据采集卡ADQ7,性能达到10 GS/s、14-bit;美国Gage公司的Razormax数据采集卡对应指标为1 GS/s、16-bit,TB3-EON数据采集卡指标为6 GS/s、12-bit;美国Spectrum公司的M4x.2234-x4数据采集卡指标为5 GS/s、8-bit;美国Pico Technology公司的PicoScope6407数据采集卡性能为5 GS/s、8-bit;瑞士PSI研发的SIS3305数据采集卡性能为5 GS/s、10-bit等。
可以看到,对数据采集系统的性能参数更多关注在采样率上,以提高数据采集系统的时间测量精度为目的,针对超快前沿的信号波形,用高采样率获取足够精细的时间信息。本文主要研究了高分辨率的数据采集系统,针对超大动态范围的信号波形,用高分辨率获取足够精细的幅度信息。总体来说,前述的数据采集系统的垂直分辨率多为8-bit、12-bit,对应的动态范围有限,约100倍、700倍,有效位低于10-bit,在幅度归一化的情况下,最低可分辨1/700的满量程电压幅值。有些探测器输出信号的动态范围大于1 000倍,为了既获取整体波形,又获取波形细节,12-bit的分辨率就不能满足要求。这种情况下,一般通过信号分路、信道量程搭接等操作,实现对信号的精细测量;为保证信号测量的精度,相邻测量信道量程必须有较大的重叠部分,这会降低信道有限的动态范围;此外,各信道的幅值误差不同、时间误差不同,量程搭接时会导致测量精度降低[6]。本文研制了一款采样率为1 GS/s、分辨率为16-bit的数据采集系统,采用一个信道对应一个探测器,既消除了分路、量程搭接引入的误差影响,又节约了测量信道,实现了对大动态范围信号的高精度测量。
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作者信息:
李海涛1,2,李斌康1,2,田 耕1,2,阮林波1,2,张雁霞1,2
(1.西北核技术研究所,陕西 西安710024;2.强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,陕西 西安710024)