集成式可编程采编技术研究

　　近年来,信号采集技术越来越向高速度、易用、可重用、便携的方向发展,以此为基础在不同的应用领域演化出越来越多不同的具体应用形式·比如在柔性设计方面,以 National Instruments为首大力推广的虚拟仪器与组态技术(如PXI总线)在硬件设备的重复利用和测试系统的快速构架方面起到了很好的促进作用·国内也有很多公司生产板式、卡式、模块式的数据采集设备,但是在设备组态与集成方面远远落后于NI,只有个别公司生产的板卡可以达到与NI的组态软件部分兼容的程度·

　　但是在集成方面,由于追求通用性,PXI、VXI过分依赖于独立的计算机模块和软件控制,无法做到较高的集成度·一种解决方法是采用片上系统或嵌入式内核取代计算机模块,但即使是这样,仍不能满足有些特殊的测试领域的集成度要求,比如航天器的测试·

　　航天器中传统的测试方法是针对测试信号专门设计制造一种一次性专用设备来完成测试任务·这种方法的弊病日益暴露出来·因为每次采用的设备可能由不同的公司采用不同的方案设计制造,可能由于测试不充分,导致新设备的可靠性降低,增大了测试风险 ·所以可编程采编技术成为当前提高设备可靠性,避免重复设计、重复验证的一种重要技术[1]·可编程的概念包含采样率、路序、通道取舍等方面的内容[224]·国内以传统方式设计生产的采编器已广泛应用,但对基于大规模时序逻辑器件的采编器研究仅限于局部应用·本文针对航天用采编器给出了一种具体实现方式,由于航天器通常对测试设备的体积有严格限制,所以采用一体化集成式设计。

　　1　集成式可编程采编器总体方案及工作原理

　　本设计采用FPGA时序逻辑精确控制整个采样过程,具体方案如图1所示.

　　集成式采编器把信号输入、调理、采集、编码紧凑设计在一个模块中·编程状态下,在计算机上通过专门的软件定义波道分配表,翻译为FPGA控制器能够识别的描述表,通过编程接口把描述表下载到波道表存储器;采编状态下,模拟信号通过输入接口进入设备, 调理以后送到模拟开关阵列等待选通;控制器上电后完成内部逻辑配置,随后从波道表存储器的固定位置读取采编控制全局参数,包括通道切换延时计数值、帧切换延时计数值、波道描述表起始地址、帧计数器初始值等等,然后FPGA转入采编循环,不停地从波道表存储器读取新的通道号和通道类型两个字节,根据类型产生不同的时序·比如,如果波道是模拟类型,则切换模拟开关、启动A/D、读取结果;随后把采集或计算得到的结果顺序写入高速数据缓冲,由外部设备把缓冲器中的数适时读走·