基于FPGA的低功耗等效数据采样装置.pdf

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1、2013正仪表技术与传感器2013第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6基于FPGA的低功耗等效数据采样装置余慧敏(湖南师范大学物理与信息科学学院，湖南长沙410081)摘要：介绍一种基于FPGA的低功耗、高分辨率数据采样装置。该装置不采用通用高速模数转换器件，通过设计快速比较器，利用FPGA差分输入特性和内部延时锁相环路实现800MHz速率等效采样。测试结果表明：装置具有功耗低、集成度高、可扩展等特点，可用于便携、低功耗、长期野外作业产品领域。关键词：低功耗；数据采集；模数转换中图分类号：TP274．2文献标识

2、码：A文章编号：1002—1841(2013)06—0096—02LowPowerConsumptionDataAcquisitionDeviceBasedonFPGAYUhui．min(CollegeofPhysicsandInformationScience，HunanNormalUniversity，Changsha410081，China)Abstract：Anovel，lowpowerconsumption，highresolution'dataacquisitiondevicewasintroduced．reported．Itbas

3、edontheproposedfastcomparenetworkandutilizedthedifferentialI／Ofeatureandinnerdigitaldelay-lockedloopsofFPGA，realizedane—quivalent800MHzsamplingrateintheabsenceofhigh—speedanalog-to—digitalconverter．Experimentswerecarriedouttoverifytheperformanceofthedevice．Anditshowsthedevic

4、ehasthemeritoflowpowerconsumption，highintegrationlevel，extendablestruc—tureandSOon，andhasbroadapplicationprospectsincompact，lowpowerconsumption，longtimefieldworkingproduct．Keywords：lowpowerconsumption；dataacquisition；ADC0引言以FPGA可编程门阵列来实现可配置的数据采集系统的应用已越来越广泛，为实现较高分辨率数据采集性能，设计者

5、通常需在FPGA器件前端应用高速模数转换模块实现模拟信号向数字信号的转换，由于通用高速A／D器件功耗较大、外围电路复杂、占用面积较大，因此在设计需要满足便携、低功耗、长期野外作业特性要求的产品，如临床呼吸监测雷达、对地探测雷达等产品时无法使用”J。以较常见的8位分辨率、每秒1G采样点的MAX104ADC为例，正常工作环境中单片功率消耗达5．25W，是通常高性能FPGA器件如VC2VP30正常功耗图1系统框图的2倍，同时，由于外围晶振输入、电平转换等电路及散热片的数学表达式为：存在，该ADC电路占用的PCB版面和FPGA及其配置电路所，一±：占用

6、的版面大小类似。采用这样的高速模数转换器件设计基“一c+．于FPGA的低功耗、高分辨率采集装置难以满足系统应用要式中：0=／Rs；6=c0／R；C=1／RL+1／Rs；d=1／R；X=[2。，求。文中设计快速比较电路并基于FPGA高性能差分端口2～，2～，2～，2～，2～，2]；K=[，，，，，KI，]；T和内部延时锁相环特性，在不采用高速模数器件条件下，实现表示转置。低功率消耗的800MSPS高分辨率数据采集功能。1系统实现1．1系统结构系统由快速比较器、延时锁相环、BlockRAM、多路复用器和UART通讯模块组成。电路框图如图1所示。1．

7、2快速比较器图1中快速比较器的结构如图2所示，凡和组成基本分压网络，抽头连接到FPGA差分输入端口。Vi节点电压的基金项目：湖南省自然科学基金项目(10JJ6102)图2快速比较网络收稿日期：2012—07—05收修改稿日期：2013—03—21第6期余慧敏：基于FPGA的低功耗等效数据采样装置等比例电阻矩阵连接到FPGA用户定义管脚，通过控制一致性。FPGA对相应I／O口进行高或低电平配置，决定该I／O口是向1．5测试结果节点灌电流还是从节点拉电流，配置为高时，相应I／O口输入正弦信号测试装置采样效果。输入信号由模拟信号接人。向节点灌电流，配

8、置为低时，该I／O提供接地路径，发生器E8257D产生，采集数据经串口送往PC机。图4和图5从节点拉出电流。由于电阻矩阵具有等比例特性，因此各分别是采