2003年第17卷第4期测试技术学报V o l.17 N o.4 2003 (总第46期)JOURNAL OF TEST AND M EASURE M ENT TECHNOLOG Y(Sum N o.46)
文章编号:167127449(2003)0420287206
超高速数据采集技术发展现状
Ξ马海潮
(辽宁省葫芦岛市92941部队,辽宁葫芦岛市125001)
摘 要: 介绍超高速数据采集技术发展现状和动态.概述当前领先的几种超高速数据采集板卡;给出了目
前主要超高速ADC芯片,对超高速ADC芯片静动态性能指标进行了描述.
关键词: 超高速数据采集系统;闪式ADC;标准总线
中图分类号: T P274 文献标识码:A
Extra H igh Speed Data Acquisition Technology D evelop m en ts
M A H ai2chao
(N o.92941PLA,L iaoning P rovince,H uludao125001,Ch ina)
Abstract: T he cu rren t ex tra h igh speed data acqu isiti on techno logy developm en ts are summ arized. Several leading ex tra h igh sp eed data acqu isiti on boards in m arket are given.M ain p roducts of ex tra h igh speed flash ADC ch i p s are p resen ted.T he static and dynam ic characteristics of an ex tra h igh speed ADC ch i p are described.
Key words:h igh2sp eed data acqu isiti on system;flash ADC;standard bu s
将模拟信号转换为数字信号、并进行存储和计算机处理显示的过程称为数据采集,而相应的系统则为数据采集系统(D ata A cqu isiti on System)[1～3].数据采集技术是信息科学的一个重要分支,它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作,它与传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础.
由于数据采集技术可以使许多抽象的模拟量数字化,进而给出其量值,或通过信号处理对该模拟量进行分析.与模拟系统相比,数字系统具有精度高、可靠性高等优点,因此,数据采集技术的应用越来越广泛.如温度、压力、位置、流量等模拟量,可以通过不同类型的传感器将其转换为电信号模拟量(如电压、电流或电脉冲等),再通过适当的信号调理将信号送给模拟数字转换器(ADC),使其转换为可以进一步处理的数字信号送给数字信号处理器或微处理机.反之,数字信号处理器或微处理机可通过数字模拟转换器(DA C)将其产生的数字信号转换为模拟信号,再通过信号调理进行输出.
随着科学技术的发展和数据采集技术的广泛应用,对数据采集系统的许多技术指标,如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求,其中前两项为评价超高速数据采集系统的最重要技术指标.
提高数据采集系统的采样率可更深入、更细微、更精确地了解物理量变化特性.在许多应用场合,需要超高速数据采集系统来完成许多低速数据采集系统无法完成的工作.在雷达制导方面,需超高速、高精度地大量获取目标数据,并进行实时处理以完成对运动目标的检测和识别.在观测供电传输线上的浪涌电流时,由于浪涌的持续时间仅有几百纳秒,而电压的变化范围则可达几千伏,要精确地了解其变化
Ξ收稿日期:2003205219
作者简介:马海潮(1962-),男,博士,副总工程师,主要从事测控总体和调整数字信号处理系统硬件和软件设计等研究.
882测试技术学报2003年第4期
过程,就需要数据采集系统有极高的采样率.在高速电路中的毛刺捕获、火箭喷气流量的动态测试以及遥感遥测等场合均需要高速或超高速数据采集技术[4].
超高速数据采集技术已广泛应用在雷达、导弹、通信、声纳、遥感、地质勘探、振动工程、无损检测、智能仪器、语音处理、激光多普勒测速、光时间域反射测量、物质光谱学与光谱测量、生物医学工程等多个领域,进而不断推动着这些领域的发展.
1 超高速数据采集发展动态
随着微电子技术的飞速发展,超高速数据采集技术也得到了长足的发展.数字存储示波器是典型的数据采集系统.随着其采样率的不断提高,它已成为高速或超高速数据采集系统.制造高速或超高速采样率的数字存储示波器的公司主要有A gilen t,T ek tron ix,N ico let和L ecroy等,数字存储示波器的最高采样率也已达到10GS s.另外,逻辑分析仪、频谱分析仪、网络分析仪等也属于超高速数据采集系统范畴.
基于标准总线并带有高速D SP的高速数据采集板卡产品非常多,技术先进、市场主流的厂商主要有Sp ectrum Signal P rocessing,SPEC,Signatec,A cqu isiti on logic,B luew ave等公司.下面扼要介绍目前世界上最先进的数据采集系统产品及其技术性能指标.
Sp ectrum Signal P rocessing公司推出的采样率200M S s8b A D VM E板卡是基于VM E总线和高速D SP的超高速数据采集和处理系统.该板卡集成有一片1.2亿次 秒浮点数运算速度AD SP2106×SHA RC处理器.其主要技术指标还包括:128KB×48b或512KB×48b零等待SRAM; 6个SHA RC L ink口;输入电压范围±0.5V;输入时钟可选为200M H z,100M H z或50M H z;多种触发模式;两个96脚VM E总线连接器即P1和P2以及6个SHA RC link口连接器.该板卡配有初始化与数据采集软件,并支持A PEX并行软件开发工具.
SPEC公司的SP1225是带有1GS s8b精度数字化仪的超高速数据采集模块(H SDAM)PC I卡.最高可进行500M H z或1GH z波形分析.SP1225工作在连续采样模式,可进行预触发数据存储.在波形数字化并存储在256KB存储器后,数据可通过PC I总线传输给PC机.采集系统的核心是SPEC’s H SDAM PCB模块,H SDAM PCB模块包含一个定制的GaA s A S I C数据采集控制器、一个A D转换器及256KB存储器.该板卡触发方式、门限及采集模式均可通过PC I总线由用户编程设置.其它特性包括可编程数字门限比较器、可编程采样率(÷1,2,4,…256)和可编程预触发延迟等.其应用领域包括静态分析、频谱分析、激光多普勒速度测量、光时间域反射测量等.
Signatec公司是有着十多年历史的,面向高性能数据采集、信号处理、波形产生和数据存储等应用的PC机板卡设计制造商.Signatec推出的A D板卡PDA12A采样率为125M S s,分辨率为12b,信号带宽由DC～50M H z.可通过SAB总线(Signatec A ux iliary B u s)以250M B s的速率向其它处理、回放或存储器件传输数据.还能通过PC I总线DM A模式以100M B s速率传输数据.PDA12A实际上是由双通道信号同时采样,每通道采样率62.5M S s,两通道正交采样可获取125M S s采样率.单通道的数据存储空间为256KB×12b或1M B×12b两种可选.
Signatec公司的基于PC I总线8b A D板卡PDA500采样率高达500M S s,带宽为DC～500M H z.可通过SAB2总线(Signatec A ux iliary B u s2)以500M B s的速率向其它处理、回放或存储器件传输数据.还能通过PC I总线DM A模式以100M B s速率传输数据.存储容量1M B或4M B 两种可选,用主从配置模式最多4块PDA500可互联用于多通道高速同步采集.根据内存配置与SAB 结构的不同,其报价从＄6100到＄7500.
2001年A cqu isiti on logic公司推出基于PC I总线的采样率分别为500M S s,1GS s8b数据采集板卡AL500和AL51G,其存储深度为64M B,256M B和1000M B三种可选.PC I总线为主模式,数据宽度为32b,时钟频率为33M H z,突发模式下传输速率高达133M B s.两种板卡还具有D SP功能:通过对板卡上现场可编程门阵列FPGA硬件实现信号处理;能实时地完成输入数据为200M H z带宽2次型插值或400M H z带宽4次型插值运算等.
2003年2月公司制造出基于总线的采样率为1.25 8数据采集卡,型号为
