一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块制造技术

本发明专利技术是一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。本发明专利技术涉及PXIe数据采集技术领域，通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；通过FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；在FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。本发明专利技术采用的PXIe接口通过PCIe2.0x4总线能够实现最高16Gbps的数据传输速率。线能够实现最高16Gbps的数据传输速率。线能够实现最高16Gbps的数据传输速率。

【技术实现步骤摘要】
一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块


[0001]本专利技术涉及PXIe数据采集
，是一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。

技术介绍

[0002]国内外现有的PXIe多通道数据采集模块，不仅无法实现对多种不同功能的模拟通道同时进行数据采集的支持，而且无法兼顾采样精度、输入带宽和采样速率等指标参数。如NI公司的PXIe
‑
4481模拟输入模块，支持6个模拟通道，模数转换器分辨率为24bit，电压输入范围为
±
10V，采样率不高于20MSa/s；ADLINK公司的PXIe
‑
9852的高速PXIe数字化仪，支持2个模拟通道，模数转换器的分辨率为14bit，电压输入范围为
±
10V，3dB带宽为90MHz,不支持通道间隔离。
[0003]但是随着电子测量测试产品需求的增加，现有的数据采集模块不能够通过简单更换模拟信号调理电路实现不同信号类型的测量功能，无法满足企业对于降低产品模块化开发设计难度和用户的多种信号采集的场景需求。同时，多个采集通道间的隔离能够确保测量仪器在复杂场景下的安全使用，提高产品的稳定性。
[0004]基于PXIe总线的数据采集模块得益于PCIe传输协议，能够实现更高速率的数据采集，在高速信号测试测量领域要求数据采集具有更高的采样速率和带宽。同时，数字部分的数据传输和存储单元也需要支持高速波形数据的实时处理、传输和存储，将多通道的波形数据传送给主控制器。
[0005]综上所述，现有的多通道隔离的PXIe数据采集无法满足在测量高速信号时的带宽、采样速度以及采样精度的需求，在复杂系统中无法灵活实现对多类型信号的同时测量。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，针对上述现有多通道隔离的PXIe数据采集模块设计的不足，提出一种支持多种信号采集功能的多通道隔离的PXIe数据采集模块，具有宽幅输入、高采样率和高数据传输速率等特征。本专利技术提出了一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块。
[0007]本专利技术提供了一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，所述模块包括：多个通道间隔离的模拟信号通道、数据缓存区、可编程逻辑FPGA、时钟系统、PCIe接口和数据传输接口；
[0009]所述多个通道间隔离的模拟信号通道输出隔离信号至可编程逻辑FPGA，可编程逻辑FPGA分别连接数据缓存区和时钟系统，可编程逻辑FPGA连接PCIe接口，所述PCIe接口连接数据传输接口；
[0010]所述多个通道间隔离的模拟信号通道包括信号调理电路、模数转换电路和信号隔离单元，信号隔离单元采用独立的板对板连接器，每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。
[0011]优选地，所述可编程逻辑FPGA包括采集控制单元、数字信号处理单元、存储控制单元和PCIe模块；
[0012]所述采集控制单元控制采集多个通道间隔离的模拟信号通道的模拟信号，并将信号传输至所述数字信号处理单元和存储控制单元，所述数字信号处理单元和存储控制单元进行数据交互，所述所述数字信号处理单元和存储控制单元信号输出端均与PCIe模块连接。
[0013]优选地，数据缓存区采用高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，每个数据采集通道的存储深度支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据；
[0014]可编程逻辑FPGA通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器。
[0015]优选地，模数转换电路由可编程逻辑FPGA通过信号隔离单元发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率工作参数的配置，并通过信号隔离单元将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑FPGA,通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通道的同步数据采集。
[0016]优选地，通过电流钳上的钳式传感器、热电偶和加速度传感器分别实现不同功能的测量,包括电压、电流、温度、应变力和加速度测量。
[0017]优选地，各部分隔离度为500V；通过N个最高支持200MSa/s采样速率的高速模数转换电路实现对N个通道的模拟信号的模数转换。
[0018]优选地，时钟系统由两片锁相环构成，一片锁相环为可编程逻辑FPGA和多组DDR3L存储器提供工作时钟，另一片锁相环为多个通道的模数转换电路提供多路同源采样时钟，同时锁相环具备时钟源切换功能，根据数据采集模块工作需求可配置使用模块上的晶振时钟或者来自PXIe背板的高精度差分时钟。
[0019]一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法，所述方法包括以下步骤：
[0020]通过多个通道间隔离的模拟信号通道连接待测端口，分别通过信号调理和模数转换的操作，将端口信号转换生成模拟量信号；
[0021]通过可编程逻辑FPGA对输出的模拟量信号进行信号处理和存储的操作，通过PCIe接口将处理好的信号输出至数据传输接口；
[0022]在可编程逻辑FPGA做相应的片上数字信号处理，存入DDR中，主控制器通过PXIe总线够读取DDR中存储的数据；主控制器通过访问FPGA中的寄存器配置，实现各个通道的不同测量功能的配置。
[0023]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。
[0024]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述
处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集方法。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术结合利用低速和高速隔离器件以及模块化隔离电源，实现多个模拟通道之间和数字部门的相互隔离，500V的通道间隔离度能够确保每个模拟通道的输入模拟信号在异常时不会对其他通道和数字系统的电路和工作状态产生影响；
[0027]不同信号采集功能的模拟模块卡能够通过板对板连接器与数字控制和数据传输模块相连接，可以通过FPGA实现对不同通道的采集控制，依靠可重构的配置实现各个通道的不同测量功能，这种方法不需要更换整个模块，使用成本相较于设计不同的PXIe测量模块低很多。
[0028]本专利技术采用FPGA作为数据采集和数据传输的控制单元，能够利用丰富的IO和逻辑资源实现多通道的数据测量控制和数据传输。同时，在FPGA中能够实现高效的数字信号处理和波形测量功能，相比在主控制计算机中的处理器有更快的速度。
[0029]本专利技术针对PXI测量板卡的数据传输速率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：所述模块包括：多个通道间隔离的模拟信号通道、数据缓存区、可编程逻辑FPGA、时钟系统、PCIe接口和数据传输接口；所述多个通道间隔离的模拟信号通道输出隔离信号至可编程逻辑FPGA，可编程逻辑FPGA分别连接数据缓存区和时钟系统，可编程逻辑FPGA连接PCIe接口，所述PCIe接口连接数据传输接口；所述多个通道间隔离的模拟信号通道包括信号调理电路、模数转换电路和信号隔离单元，信号隔离单元采用独立的板对板连接器，每个通道的信号调理电路分别通过独立的板对板连接器与模数转换电路连接，板对板连接器负责为信号调理电路提供隔离电源和传输开关控制信号。2.根据权利要求1所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：所述可编程逻辑FPGA包括采集控制单元、数字信号处理单元、存储控制单元和PCIe模块；所述采集控制单元控制采集多个通道间隔离的模拟信号通道的模拟信号，并将信号传输至所述数字信号处理单元和存储控制单元，所述数字信号处理单元和存储控制单元进行数据交互，所述所述数字信号处理单元和存储控制单元信号输出端均与PCIe模块连接。3.根据权利要求2所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：数据缓存区采用高速缓存单元，通过将DDR3L芯片分组用于存储不同通道的波形数据，每个数据采集通道的存储深度支持在一定采样速率下存储一定时间长度的波形数据；可编程逻辑FPGA通过从PCIe接口接收来自主控制器的数据读取命令，通过PCIe接口将数据缓存区的存储数据通过PCIe链路发送给主控制器。4.根据权利要求3所述的一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块，其特征是：模数转换电路由可编程逻辑FPGA通过信号隔离单元发送的SPI配置信号实现采样率、分辨率工作参数的配置，并通过信号隔离单元将采样数据信号和数据接收时钟发送给可编程逻辑FPGA,通过同步控制信号，可编程逻辑可以控制多个通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连胜，彭宇，黄成龙，刘大同，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：