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一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等,這些功能分別由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
模擬輸入是采集基本的功能。它一般由多路開關(guān)(MUX)、放大器、采樣保持電路以及A/D來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)這些部分,一個(gè)模擬信號(hào)就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。A/D的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入的質(zhì)量,要根據(jù)實(shí)際需要的精度來(lái)選擇合適的A/D。
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超高速ADC采集板卡——ADC
典型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為表示一定比例電壓值的數(shù)字信號(hào)。然而,有一些模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器并非純的電子設(shè)備,例如旋轉(zhuǎn)編碼器,也可以被視為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號(hào)輸出可能會(huì)使用不同的編碼結(jié)構(gòu)。另外,邏輯分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等也屬于超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)范疇。通常會(huì)使用二進(jìn)制二補(bǔ)數(shù)(也稱作“補(bǔ)碼”)進(jìn)行表示,但也有其他情況,例如有的設(shè)備使用格雷碼(一種循環(huán)碼)。
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基于高速ADC采集的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
本文主要研究LHAASO地面粒子探測(cè)器讀出電子學(xué)中基于高速FADC波形的數(shù)字化。根據(jù)奈奎斯特定律,為保證采樣精度,首先對(duì)光電倍增管的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波成形,使經(jīng)過(guò)成形電路以后的輸出信號(hào)幅度和輸入信號(hào)幅度保持線性關(guān)系,且波形被適當(dāng)展寬。采用500MHz采樣頻率的高速ADC芯片(AT84AS001)對(duì)濾波成形后的波形進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字變換得到的數(shù)字化波形信息送入FPGA中完成實(shí)時(shí)多通道數(shù)據(jù)預(yù)處理,再交由上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。 本文對(duì)系統(tǒng)總體硬件電路方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),整個(gè)系統(tǒng)包括模擬部分、ADC部分、FPGA部分、時(shí)鐘部分、電源部分及VME總線接口電路,采用VME6U規(guī)范完成PCB設(shè)計(jì),使用VerilogHDL語(yǔ)言完成可編程邏輯器件的邏輯功能設(shè)計(jì),并對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。(例如,時(shí)鐘頻率的1ppm偏差意味著在106的記錄結(jié)束時(shí)一個(gè)采樣點(diǎn)偏差)。 測(cè)試結(jié)果表明,基于高速采樣ADC的數(shù)據(jù)采集插件性能良好,波形采樣率精度為500Msps,微分非線性DNL為±1LSB,信號(hào)與噪聲 失真比SINAD=56.69dB,有效位ENOB為9.1bit。
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