如何使產(chǎn)品快速集成高速信號采集功能？

　　摘要：在科技飛速發(fā)展的今天，各種自動(dòng)化儀器及自動(dòng)控制都離不開(kāi)信號采集，而且要采集的信號越來(lái)越快，精度要求也越來(lái)越高。如何簡(jiǎn)單快速的讓系統集成這項功能呢?

　　1、ZSDA1000的基本介紹

　　ZDS1000是ZLG致遠電子開(kāi)發(fā)的高速信號數據采集模塊，模塊通過(guò)PCI Express2.0接口與主機端連接，350M帶寬，1GSa/s的采樣速率。用戶(hù)只需要通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫文件就可以輕松控制模塊進(jìn)行數據采集和數據處理?？捎糜谫|(zhì)譜分析、雷達信號捕捉、材料分析等場(chǎng)合。

　　圖 1 ZSDA1000 模塊

　　2、ZSDA1000的工作原理

　　圖 2 模擬部分框圖

　　ZSDA1000的模擬部分結構示意圖如上圖所示。待測信號通過(guò)通道耦合選擇后，與“垂直偏移電壓”相減，之后經(jīng)過(guò)放大，輸送到ADC與觸發(fā)模塊;在觸發(fā)模塊中，與“觸發(fā)比較電壓”進(jìn)行比較，完成觸發(fā)功能。ADC與觸發(fā)模塊之后的數據，將輸送到數據處理芯片中，完成數據采集與采樣控制。

　　圖3 整體框圖

　　ZSDA1000的整體框圖如圖3所示。采用FPGA為核心處理器，負責ADC的高速數據讀取、PCIE高速數據傳輸和相關(guān)控制功能。ADC采用雙路8位高速ADC，采樣頻率1.0GSPS，與上位機通信采用PCIE×4進(jìn)行通信，板載1GB DDRIII。

　　3、ZSDA1000的性能

　　垂直分辨率：8 bit

　　最大采樣率：1GSa/CH

　　通道數：2CH

　　信號輸入范圍：100mVpp~5Vpp

　　模擬帶寬：DC～350MHz

　　死區時(shí)間：10μS

　　板載內存：1GB DDRIII

　　通信鏈路：PCI Express 2.0

　　4、ZSDA1000應用——質(zhì)譜儀

　　質(zhì)譜儀又稱(chēng)質(zhì)譜計，主要用于分離和檢測相關(guān)物質(zhì)含量。其根據帶電粒子在電磁場(chǎng)中能夠偏轉的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異而進(jìn)行物質(zhì)分離和物質(zhì)檢測等工作。

　　圖 5質(zhì)譜儀結構示意圖

　　其中，離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器完成了物質(zhì)檢測中由普通物理特性到電量轉化的一個(gè)過(guò)程，其后即是信號調理與數模轉換的處理過(guò)程。由于檢測物質(zhì)的多樣性，離子檢測器所得到的電量信息差異極大，包含不同的電壓幅值、不同時(shí)間間隔的信號。

　　為了能準確將如此電量進(jìn)行恰當、快速的數模轉換，信號采集模塊必須具備足夠的模擬帶寬、足夠的采樣速率、足夠的測量電壓范圍。而ZSDA1000高速數字采集模塊，憑借其優(yōu)秀的精度和速度，出色完成了這項工作。

　　具體介紹如下：

　　ZSDA1000在PC軟件的控制之下，根據輸入信號電壓的幅度，對信號進(jìn)行相應的衰減與放大，之后控制高速模數轉換器ADC對此信號進(jìn)行模擬量到數字量的轉換。與此同時(shí)ZSDA1000中的觸發(fā)模塊同時(shí)在工作，控制著(zhù)數據采集的開(kāi)始與結束，確保所采集得到的數據是滿(mǎn)足用戶(hù)所感興趣的數據。

　　ZSD1000采集模塊板使用高端的FPGA芯片，能確保對ADC數據進(jìn)行實(shí)時(shí)接收、儲存，并進(jìn)行相應的數學(xué)處理。ZSDA1000能對所采集數據進(jìn)行多達65535次均值處理，可有效過(guò)濾采樣過(guò)程中的隨機噪聲，確保采樣數據的精準度。

　　ZSDA1000高速信號數據采集模塊具有優(yōu)秀的帶寬和精度，強大的數據存儲和處理能。采用PCI Express2.0接口，配套完整的軟件資源，開(kāi)發(fā)周期短，使用方便?？梢钥焖俚淖屇南到y集成高速數據采集功能。