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PXI總線是NI公司在計算機外設總線PCI的基礎上實現的新一代儀器總線，已經成為業(yè)界開放式總線的標準，基于PXI總線的數字化儀模塊是現代測試系統(tǒng)中重要的一種數據記錄與處理設備。設計一個雙通道12 bit／250 MHz采樣頻率的高速數字化儀模塊，以高性能FPGA器件為核心，實現對高速A／D的控制以及高速數據處理和存儲，解決了長時間高速記錄信號的測試難題。
1 系統(tǒng)工作原理
數字化儀模塊主要由前端信號調理通路、模數轉換電路、數據存儲單元、數據采集控制電路、PXI接口電路等部分組成，其原理框圖如圖l所示。
高速模擬信號首先經過信號調理通路進行放大、衰減等處理，將幅度調整到A／D轉換器允許輸入的電壓范圍內，并轉化成LVDS格式的差分信號，然后送到A／D轉換器；FPGA芯片接收A／D輸出的高速數據流，經過降速、抽取濾波等處理后，存儲到數據存儲單元SRAM中，并發(fā)出中斷信號，PXI主機響應中斷后經由FPGA將存儲在SRAM中的數據讀入主機內存，完成后續(xù)的數據處理和顯示。PXI主機通過PXI總線發(fā)送控制命令，經FPGA譯碼后實現對數據采集和調理通路控制。該數字化儀模塊為每個通道預留了4Mb的存儲容量，當組成PXI測試系統(tǒng)時，可以將數據寫入計算機硬盤，實現更長時間的記錄。兩個通道可以獨立工作，也可以相互關聯。采集方式可以有內觸發(fā)、外觸發(fā)、軟件觸發(fā)、通道觸發(fā)等多種模式。
2 系統(tǒng)設計實現
2．1 模塊化的FPGA設計
本文所設計的數字化儀是基于高性能FPGA芯片實現的，FPGA承擔了絕大部分的控制和數據處理任務，是本設計的核心器件。對FPGA進行模塊化設計，是大型系統(tǒng)設計的常用方法。合理分割功能模塊，能加快FPGA的開發(fā)，也有利于代碼的移植和重復利用。在設計時將FPGA分成高速A／D接口模塊、數據降速模塊、調理通路控制模塊、存儲接口模塊、PXI接口控制模塊等主要功能模塊設計。FPGA內部模塊劃分和數據流向如圖2所示。
A／D接口模塊主要實現FPGA和高速A／D轉換器的互聯，以LVDS格式總線接收數據和采樣時鐘，該部分電路決定數據采集的穩(wěn)定性，需要從硬件和軟件兩個方面保證；數據降速模塊采用抽取濾波器將信號降低到需要的采樣速率；調理通路控制模塊主要實現對A／D前端電路的控制，包括耦合方式、匹配阻抗選擇、增益自動控制、偏置和觸發(fā)電平控制等；PXI接口部分主要實現和PXI主機的通訊譯碼；存儲控制模塊完成對外部SRAM的控制，實現數據緩存；時鐘管理模塊負責采樣時鐘的分頻、倍頻等處理。
