研华高速采集卡MIC3714在电信行业动态信号测试及其高速采集与传输技术地研究应用.doc

系统需求 动态信号测试系统测试的往往是一些快速瞬态变化的参量，必须高速采集。评价一个数据采集的主要技术指标有：系统通过速率、系统精度、系统分辨率、系统线性误差、系统共模抑制比、系统通道串扰抑制比以及系统短期稳定度。此外，还有一些重要指标：系统控制方式、系统总数据量、系统可靠性、系统功耗以及系统自动增益调节方式等。对于动态信号采集系统而言，在诸多技术指标中，最为重要的是系统的分辨率精度与通过率。其中，系统通过率是高速数据采集系统区别于一般采集系统的最为关键的一项技术指标。 1）系统分辨率：系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量，通常用最低有效位值（）、系统满度信号的百分数（）或系统可分辨的实际电压数值等来表示，有时习惯用满度信号可以分辨的级数来表示。对于动态信号采集，如选用MIC－3714采集卡，其ADC的位数为12，采集系统的分辨率见所示。 位数 级数 1（满度值的百分数） 1（5V满度值） 12 4096 0.0244% 1.22mV 2)系统精度：系统精度是指系统工作于额定通过速率下，每个离散采样样本的转换精度，是系统实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和，通常表示位满度值的百分数，模数转换器的精度是一个系统精度的极限值。对于一个12分辨率的系统，采用12的时，数据采集系统中的以及的精度均应明显优于选用的器件的精度时，系统的精度才能得到保证。 3）系统通过速率：系统通过速率通常有称为系统速度、传输速率、采集速率以及数据吞吐率等，是指系统每个通道每秒钟可稳定采集、处理的样本数。对于一个包括模拟量输入、模拟量输出的采集系统，通过速率则指系统每个通道可采集、处理与输出的样本数。时间域上，与通过速率相对应的技术指标是通过周期，它是通过速率的倒数。通过周期又常称为系统响应时间，或系统采集周期，它表征了系统从样本输入到输出所需的时间，即系统每采集一个有效数据所占用的时间。对于大动态信号采集系统而言，系统通过速率是最重要的技术指标。 4）系统动态范围：对于数据采集系统，动态范围是指系统可数字化的最大信号与可分辨的最小信号的比值，通常以对数值表示，即：系统动态范围＝。系统的分辨率每增加1，转换分级数便增加一倍，分级误差也因而降低一倍，系统的动态范围相应扩展6。 系统描述 动态信号测试的高速数据采集与存储技术 在动态测试系统中，最为关键的是信号的高速采集、高速转换和传输、高速记录（存储），为便于叙述与分析，以研华的MIC－3714为例加以说明。 1. 高速信号采集技术 a）的定时与控制 在动态信号采集系统中，定时与控制电路是紧密联系在一起的，定时电路包括定时与计数两个方面，定时电路主要为高速ADC、高速缓存提供时钟信号，计数包括采样计数、缓存计数（地址指针）以及触发后的缓存计数，连同控制电路及时控制采集过程。采样频率需要根据系统设计的要求，同时根据所使用的传感器的中心响应频率而定，此外，还要考虑采集卡所用的PCI总线的带宽以及IDE硬盘数据存储的速率要求等，例如虽然MIC－3714每个通道可以达到30MS/s，但由于PCI的带宽 以及IDE硬盘数据存储速率的限制，MIC－3714的采集数率不可能达到满额。 b）高速缓存技术 针对任务指标和实现难点，采用PCI总线控制器、板载FIFO和双路并行复用技术，可满足数据采集的指标要求。为了在满足采集速率要求的前提下，减轻数据存储对记录设备速度方面的要求，采用FIFO存储器对数据进行缓冲，在一定程度上降低对存储设备速度方面的要求。FIFO存储器具有两个特点：一是数据进出有序；二是输入/输出端口独立。灵活地使用FIFO可以构成不同容量、不同宽度、不同工作性质的缓存系统，而且不需要复杂的逻辑控制电路和地址发生器，因此，利用FIFO作为数据缓存器提高系统的可靠性。 c）智能触发技术 由于MIC－3714设定的采样频率较高，为防止数据丢失、提高计算机的数据采集效率和加速数据的传输效率，所有采集数据均采用DMA方式传输到内存，再由内存到用户数据池。为保证ADC的精确采样率，ADC触发源选用内部Clock Pacer，并采用Analogy Threshold Trigger的技术触发ADC，主要原因是动态信号主要集中在较高的高频分量，且幅值极小，极易受到外界的背景噪声的干扰，尤其是一些高斯背景噪声，采用Analogy Threshold Trigger技术可以在数据采集的过程中就可以将一些不必要的背景噪声进行处理，使采集得到的信号得以净化，提高了采集信号的可用度，有效地降低信号的维数。2. 海量高速数据块传输与存储策略 在MIC－3714采集卡中，四个相互独立的采集通道，虽然数据相互独立，但在控制信号方面有主次之分，其中通道1为主，通道2～4的控制单元受到通道1控