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6GSPS并行数据采集系统硬件设计

作　者: 严宇
导　师: 黄建国
学　校: 电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数据采集并行时间交替采样时钟分配信号完整性
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 217次
引　用: 4次
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内容摘要

随着现代测试科学技术迅速发展,数据采集系统被广泛地应用于国民经济、国防建设和科学试验等特定领域。采样率越高就越能真实反映外部世界,并行时间交替采样是提高采样率的主要技术路线。由于国外在高采样率ADC供应上对我国的封锁,目前国内产品的实时采样率只能达到2GSPS,不能满足当前高速实时领域的需求。在此,本文提出了实时采样率6GSPS并行数据采集系统实现的课题,就是要解决高性能数据采集领域的技术瓶颈问题。文中首先阐明了并行数据采集系统设计的必要性,紧紧围绕6GSPS并行数据采集系统的三个方案而展开,综合分析各方案的优缺点,随后论述了优选的最佳采集系统方案的详细设计以及设计中要解决的主要问题,具体内容包括:1.并行数据采集系统总体设计:系统设计基于数据采集的基本理论,运用并行采样技术,设计了三个系统总体实现的初步方案,并进行了综合分析。2.6GSPS并行数据采集系统的详细设计:A/D模数转换器的特点及工作模式,采样时钟的具体实现,采样时钟相位调节,采集后端输出数据流的同步电路设计。3.最后,本文还分析了电源系统设计以及高速电路系统中可能出现的信号完整性问题,并且给出了系统设计中采取的相应措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章前言  9-15
  1.1 研究的目的和意义  9-10
  1.2 数据采集系统的概述与需求  10-14
    1.2.1 数据采集系统概述  10
    1.2.2 数据采集系统基本组成  10-12
    1.2.3 数据采集系统的需求  12-13
    1.2.4 数据采集系统在数字示波器中的应用  13-14
  1.3 本论文设计的任务  14-15
第二章并行数据采集系统总体设计  15-40
  2.1 数据采集基本理论  15-20
    2.1.1 模数转换过程  15-16
    2.1.2 并行采样的方式  16-17
    2.1.3 提高采样率的主要技术路线  17-18
    2.1.4 高速数据的传输  18-20
  2.2 A/D 技术发展与选型依据  20-24
    2.2.1 A/D 器件的技术指标及发展趋势  20-21
    2.2.2 高速A/D 器件的分类和结构特点  21-22
    2.2.3 备选A/D 芯片的性能比较及选型依据  22-24
  2.3 系统采样时钟实现的方法  24-25
  2.4 FPGA 的选型与ADC 的适配  25-28
  2.5 并行数据采集系统方案的优选  28-40
    2.5.1 六路ADC 并行数据采集方案  28-33
    2.5.2 四路ADC 并行数据采集方案  33-34
    2.5.3 二路ADC 并行数据采集方案  34-36
    2.5.4 并行采集方案的综合分析  36-40
第三章并行数据采集系统详细设计  40-62
  3.1 系统设计框图  40-41
  3.2 ADC083000 的介绍  41-43
    3.2.1 ADC 的结构  41-42
    3.2.2 ADC 的特点和关键参数  42-43
  3.3 A/D 转换器的工作模式及配置时序  43-45
    3.3.1 A/D 转换器的工作模式  43-44
    3.3.2 ADC 的微线接口及配置时序  44-45
  3.4 A/D 转换器信号的输入  45-46
  3.5 A/D 转换器采样时钟的产生  46-50
    3.5.1 时钟芯片的特点及结构  47-48
    3.5.2 时钟芯片的配置和仿真  48-50
  3.6 多片ADC 并行采集时钟相位调节  50-57
    3.6.1 单端转差分  50-51
    3.6.2 外部移相  51-55
    3.6.3 内部移相  55-57
  3.7 A/D 转换器工作时序分析  57-59
  3.8 A/D 转换输出数据流同步电路设计  59-62
第四章电源系统设计  62-68
  4.1 系统电源方案概述  62-64
    4.1.1 电源IC 的选择  62-63
    4.1.2 方案概述  63-64
  4.2 电源系统详细设计  64-68
    4.2.1 总体设计及功耗分析  64-66
    4.2.2 关键芯片应用  66-67
    4.2.3 电源去耦与防电压尖峰脉冲  67-68
第五章信号完整性  68-76
  5.1 信号传输线的延迟  68-71
  5.2 反射的抑制  71-72
  5.3 串扰的抑制  72
  5.4 硬件平台布局布线  72-76
    5.4.1 硬件平台的布局规则  72-74
    5.4.2 硬件平台的布线规则  74-76
第六章并行数据采集系统的调试与分析  76-86
  6.1 硬件系统的调试工具  76-78
  6.2 系统电路调试流程  78
  6.3 电源系统的调试  78-79
  6.4 采样时钟电路的调试  79-80
  6.5 A/D 转换器配置的FPGA 调试  80-81
  6.6 ADC 采样拼合的调试  81-85
  6.7 调试问题及解决方法  85-86
结论与展望  86-87
致谢  87-88
参考文献  88-90
附录  90-92
攻硕期间取得的研究成果  92-93

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