CPLD在工业CT数据采集控制系统前放电路中的应用

0　引言

工业CT是工业无损检测的一种重要手段,同时也可以应用于安全检测等领域。它采用计算机断层扫描成像的方法,测量透过被检测物后的射线强度,通过一定的计算方法,获得物体的断层图像和物体空间密度的分布,从而达到检测的目的。数据采集控制系统的功能就是把工业CT的探测器输出的电流信号转化为一定精度的数字信号,并传送给后续的图像处理控制机构。

和其他无损检测手段相比,工业CT本身所固有的一些特点对数据采集控制系统提出了很高的要求,首先,本文涉及的工业CT的阵列探测器输出电流在10-13～10-9A量级,而为了保证图像的分辨率,需要将电流量化为20bit的数字信号,其次,CT的图像重建算法对数据的信噪比提出了非常高的要求;另外,本文涉及的工业CT所针对的是大型检测对象,记录的是对象密度的三维分布,因而数据量非常大,如何将这些数据及时地收集并传输到数据处理子系统也是一个需要克服的难题。

前置放大电路主要功能是对探测器信号进行放大和模数转换。本文设计的前放具有模块化的特点,采用了CPLD实现数据采集的逻辑和时序控制,使系统具有很大的可扩展性。每块电路板对8路信号进行处理,每8块电路板采用级联方式连接成一组。而采集控制板则控制5组电路板的采集和数据传输,一共是5×8×8共320路。这样,每320路构成一个采集模块,采集模块获取的数据通过接口控制器传输给采集控制计算机。并可根据系统的需要,增加采集模块,直接连接到接口控制器上,完成对系统的扩展。这就避免了重新设计系统硬件,从而大大减少了设计工作量。

1　前置放大电路

前置放大电路主要包括两大部分:一是以DDC112为核心,完成信号的放大和模数转换功能;二是以EPM7064S为核心,实现对DDC112的逻辑和时序控制功能并完成与后续电路的通信。

信号的放大和模数变化主要由由DDC112来完成,这是BB公司推出的一种基于电流积分的直接电流数字化集成前放芯片。主要具备以下特点:高集成度、低噪声(满量程的3.2×10-6)、优良的积分线性、高精度、量程可选择、方便级联。每个DDC112芯片可以实现对两路信号的独立测量,利用DDC112的串行数据接口,可以将多个芯片级联方式连接起来。所有芯片的控制信号都是同样的,在满足控制时序的条件下,需要增加系统规模时,只需要简单地增加芯片的数量就可以了。这是整个系统可扩展性的关键。

从图1可以看出,在数据采集过程中,当CONV信号变化时,积分电路开始工作,经过一段时间t8(典型值421.2μs)以后,积分转换完毕, DVALID信号发生变化.后续电路根据DVALID信号的上升沿判断出数据已经准备好,此时输入DXMIT低电平,就可以开始读出数据了。读数据的速度取决于输入的DCLK脉冲,每到一个脉冲,就读出一位数据。在全部数据读完以后,经过时间t9(最小值10μs),CONY信号又发生跳变,开始下一次的积分转换。