1、虚拟仪器技术虚拟仪器技术第1页第第6 6章章 虚拟仪器概述虚拟仪器概述本章概述本章概述6.1 概述概述6.2 高速多功能高速多功能DAQ主板主板 6.3 模拟输入信号的调理模拟输入信号的调理 6.4 高速采集及存储系统设计高速采集及存储系统设计 6.5 时序控制逻辑设计时序控制逻辑设计 6.6 DDS信号源的设计信号源的设计 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第2页6.1 概述概述实验电路板电源扩展I/O两路高速A/D采集双积分A/D转换16路入16路出FPGA控制逻辑EPP接口两路DDS信号源6位电子计数器通用计算机AIN3AIN1AIN2DINDOUTAOUT1AOUT2AIN462芯I/O插座虚拟
2、仪器技术虚拟仪器技术第3页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第4页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第5页u 高速数据采集的关键技术高速数据采集的关键技术虚拟仪器技术虚拟仪器技术第6页 2、高速采样存储技术、高速采样存储技术虚拟仪器技术虚拟仪器技术第7页信 号 调 理（ 衰 减 、 放 大 ）双 路 ADC缓 存 RAM计 数 /定 时数 字 I/O信 号 调 理（ 发 大 、 衰 减 ）FPGA 逻 辑 控 制双 路 DAC标 准 总 线通 信 接 口缓 存 RAM07DD015AA模 入 A模 入 B计 数 入数 字 出数 字 入模 入 A模 入 B计算机015AA015AA015AA07DD07DD07DD
3、07DD07DD07DD07DD07DD07DD07DD虚拟仪器技术虚拟仪器技术第8页高速ADC高速RAMEPP接口触发控制逻辑地址控制器分频器输入信号量程选择码ABCDabcde采集频率选择码IVCK触发WRRD40MHzX4计算机N12位1K2K1A2A高阻衰减器前级放大器 低阻衰减器后级放大器8位100MHz64KBDACsfclkf虚拟仪器技术虚拟仪器技术第9页2n虚拟仪器技术虚拟仪器技术第10页量程（V）A(K1A1K2A2)K1A1K2A2S1S2S3S4(程控码)0.0520151401100.11012.51401000.2511.251400100.5210.51400001
4、112.50.14010120.511.250.14001150.210.50.140001100.10.12.50.141101200.050.11.250.141011500.020.10.50.141001虚拟仪器技术虚拟仪器技术第11页输入高阻分压DCAC900K100K75041K37516775075045050低阻分压器5/2.5/1.25/0.5AD806637537575045S1R2R1S3S2S2U1UXABY0X3X3Y0Y3U0X1XX4S1A+_+_1C2C虚拟仪器技术虚拟仪器技术第12页2222112121122111oiRUZj R CkRRUZZj RCj R
5、 C2222112121122111oiRUZjR CkRRUZZjR CjR C2211212oiUZRkUZZRR虚拟仪器技术虚拟仪器技术第13页(a) 最 佳 补 偿（ b） 过 补 偿（ c） 欠 补 偿虚拟仪器技术虚拟仪器技术第14页S2S300011011A10.51.252.55虚拟仪器技术虚拟仪器技术第15页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第16页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第17页+_+_ AD9288+_+_+_+_DAC7512-128mV+128mVAD80545105105105105105102567347UU5U6U7U9U510510+5Viu5105105102k10k5
6、1010k8UINA AINREF AOUTREFINREF B_INA A07DDBCDA05V-5V+5V1.25V4U10kOP07OP07输 出 数 据被 测 信 号虚拟仪器技术虚拟仪器技术第18页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第19页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第20页A/DA/DRAMRAM锁存锁存触发采集控制RAM地址计数器总线接口时钟分频器标准总线读写计数外触发通道 A通道 B写采集时钟（40MHz时钟）0fsfFPGA虚拟仪器技术虚拟仪器技术第21页采样时钟AD输出数据D0D7计数器输出地址存储器写信号sf_()WE采样时钟减输入sfAENC_RD加输入_WE_OB0A7A8A15A1
7、5A8A7A0A_INAA7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1AD0 AD7/IO6/IO5/IO4/IO3/IO2/IO1/IO0/IO AD9288IS61LV6416地址计数器（FPGA)双向（a）（b）INAAsf地址计数时钟015()AA虚拟仪器技术虚拟仪器技术第22页E N C D D E AE N C D D E BN -8N -6N -4N -2NN + 2N + 4N -7N -5N -3N -1N + 1N + 3N + 570AADD70BBDDAtE NtE Lt1 /stNN + 1N + 2N + 3N + 4P DtVt,ININAAAB,ININA
8、AABE N C D D E A ,B70BBDDP DtVtAtE NtE Lt1 /stNN + 1S A M P L E N + 2S A M P L E N + 3S A M P L E N + 4N -4N -3N -2NN + 1N + 2N -4N -2N -3N -1NN + 1N + 2N + 5(a ) A ,B 通 道 用 同 一 个 时 钟 的 定 时 图(b ) A ,B 通 道 用 两 个 时 钟 （ 相 位 差 ） 的 定 时 图01 8 0虚拟仪器技术虚拟仪器技术第23页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第24页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第25页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第2
9、6页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第27页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第28页+微分输入信号ABCD脉冲形成比较器极性变换触发脉冲控制端触发极性选择触发电平选择-V+V(+)(-)+5V(a)HUabA（比较器输入）B（比较器输出）正极性（+）负极性（+）（）OVCDCDHU（）（）(b)虚拟仪器技术虚拟仪器技术第29页(a) 正极性、正电平（b）负极性、负电平（c）正极性、负电平（d）负极性、负电平ABDC虚拟仪器技术虚拟仪器技术第30页触 发 字触 发 字触 发 字开 始 采 集结 束 采 集采 集 数 据 流（ a）采 集 数 据 流（ b）采 集 数 据 流（ c）数 据 窗 口数 据 窗 口数
10、 据 窗 口虚拟仪器技术虚拟仪器技术第31页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第32页开机复位计算机采集信号外触发输入采集启动S AD9288 ENCA总线接口计数器M(16位，减数器）采集时钟触发源选择计数器M(16位，减数器）触发形成存储器 64K816地址计数器（16位，双向）1S2D1R3D2CLK3CLK2R3R1Q3Q1G2G触发T读启动0D7D0A15A手动触发Tab触发源选择_RDSM计数N计数abPCIsfM进位N进位816加数器减数器0D7D0D7DINAA手动触发虚拟仪器技术虚拟仪器技术第33页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第34页输 出 波 形相 位 累 加 器参 考 时 钟波 形 存
11、 储 器高 速 D /A滤 波 器L PFNMK频 率控 制 字虚拟仪器技术虚拟仪器技术第35页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第36页相 位 累 加 器数 据 锁 存 器控 制 逻 辑系 统 时 钟F P G A 总 线 接 口幅 度 调 节D A C偏 置 调 节D A CF P G AD /A 时 钟波形存储器波形合成DAC输出调理单元偏置调节频 率 控 制 字 K总 线虚拟仪器技术虚拟仪器技术第37页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第38页SRAM相 位 累 加 器（地 址 发 生）波 形 数 据至 D/A数 据 线SRAM写 信 号AD11.0_RD读 CLK_WE虚拟仪器技术虚拟仪器技术第39页典
12、型高速DAC芯片位数及速率型号位数速率AD976414100MHzAD976212125MHzAD976012100MHzAD97088100MHzAD97018250MHzMAX55512300MHzDAC60012256MHzDAC65012500MHz虚拟仪器技术虚拟仪器技术第40页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第41页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第42页2222222AB C4020cf1052.51.250.6250.31258选10f虚拟仪器技术虚拟仪器技术第43页频率寄存器相位累加器累加寄存器加法器波形器DAC相位寄存器1232123212虚拟仪器技术虚拟仪器技术第44页虚拟仪器技术虚拟仪
13、器技术第45页RAMDACLPF参 考 电 压K2DAC0832时 钟K2频 率 码波 形存 储 器波 形合 成 器低 通滤 波 器中 间放 大 器中 间衰 减 器输 出放 大 器输 出衰 减 器A1A232位fN幅 度 码AN输 出 幅 度 调 节 器4X4X幅 度 范 围选 择 码输 出信 号/2NARVrefV(1,1/2,1/4,1/8)相 位累 加 器ABC虚拟仪器技术虚拟仪器技术第46页OUTf2OUTCLKNKff2OUTCLKNKff2OUTCLKNKff虚拟仪器技术虚拟仪器技术第47页0112212222rnSnmnmUUNAK A KNK K UUNN U虚拟仪器技术虚拟仪
14、器技术第48页256mmUU虚拟仪器技术虚拟仪器技术第49页量程Um=K1K2Us量程选择间隔 （mV）输出范围（N=100256）K1K2161162.56.251681/2131.253.1841/4115.631.5421/817.810.782111/163.900.3910.51/21/161.950.190.50.251/41/160.980.10.250.1251/81/160.490.050.125256mmUU0mUN U 虚拟仪器技术虚拟仪器技术第50页+_+_+_交 流 输 入 信 号-1.25V基 准 电 压 源1KO1KOR1R3R2R4OUTVrefVVDDVFB/
15、SYNCSCLKGNDinD57684321DAC75124KO1KOrefUAC R5R6R8R71KO1KO1KOU2COP467+5VU2BOUTBU05VOUTAUU2AOUTCUU2CinUDCU1KO虚拟仪器技术虚拟仪器技术第51页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第52页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第53页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第54页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第55页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第56页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第57页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第58页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第59页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第60页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第61页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第62页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第63页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第64页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第65页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第66页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第67页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第68页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第69页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第70页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第71页虚拟仪器技术虚拟仪器技术第72页
