基于A/D和DSP的高速数据采集系统方案介绍

　　中频信号分为和差两路，高速A／D与DSP组成的数据采集系统要分别对这两路信号进行采集。对于两路数据采集电路，A／D与DSP的接口连接是一样的。两个A／D同时将和路与差路信号采样，并分别送入两个FIFO;DSP分时从两个FIFO中读出采集的数据，完成数据的采集。

　　1 数据采集系统组成及原理

　　数据采集系统由A／D、FIFO、CPLD以及数字信号处理板组成，图1为采集系统的组成框图。

　　

　　系统中，和路和差路中频信号都是模拟中频信号，经过A／D 芯片将模拟信号变成数字信号，再经过FIFO芯片，将采集到的数据送人数字信号处理板。数字信号处理板中的处理器是DSP。DSP的数据线和2片FIFO的数据线连接，同时也和CPLD连接，地址线和CPLD连接。2片FIFO芯片的读写控制逻辑由1个CPLD进行控制。CPLD与上位机的数据线、地址线连接，数字信号处理板通过CPLD和上位机通信。

　　2 芯片的特点及选择

　　2.1 AD6644高速模数转换器

　　AD6644是一种单片式的高速、高性能的14位模／数转换器，内含采样保持电路和基准源。AD6644提供兼容3.3 V CMOS电平输出;采样速率最高可达65 Msps，一般采样速率为40 Msps;信噪比典型值为74 dB，无杂散动态范围SFDR为100 dB;功耗为1.3 W，输入模拟带宽可达250 MHz，温度范围为-25℃～+85℃。

　　AD6644采用三级子区式的转换结构，既保证了精度又降低了功耗，其功能框图如图2所示。它的模拟信号输入方式是差分结构，每个输入的电压以2.4 V为中心，上下范围在0.55 V以内。由于两个输入的相位相差180°，所以AD6644的模拟输入信号的最大峰一峰值为2.2 V。由图2可以看出，差分模拟输入端先经过缓冲后进入第一个采样保持器（TH1）。当编码时钟为高时，TH1进入保持状态。TH1内保持的值作为粗的5位ADC1的输入。ADC1的数字输出驱动一个5位数／模转换器DAC1。DAC1要求具有通过激光校正的14位精度。延迟的模拟信号与DAC1的输出相减，产生第一剩余信号，并送给采样保持器TH3。采样保持器TH2的作用是延迟，为补偿ADC1的数字延时提供了模拟延时，使送入TH3的两路信号同时到达。

　　

　　第一剩余信号送人由5位ADC2，5位DAC2和通道TH4组成的第2转换阶段。第2个DAC要求具有校正的10位精度。TH5的输入是通过由DAC2输出与被TH4延迟第1个剩余信号而获得的第2个剩余信号相减，TH4与TH2的作用相同。TH5驱动最后6位ADC3。ADC1、ADC2、ADC3的数字输出总和与数字误差校正逻辑一起产生最终的输出数据，结果是14位二进制补码编码的并行数据。

　　2.2 TMS320C6713

　　本模块的DSP芯片选用TI公司的浮点数字信号处理器TMS320C6713。TMS320C671 3内有8个并行的处理单元，分为相同的两组。其体系结构采用超长指令字（VLIW，Very Long Instruction Word）结构，单指令长32位，8个指令组成一个指令包，总共字长为8×32=256位。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将每个256位的指令包同时分配到8个处理单元，并由8个单元同时运行。芯片的最高时钟频率达225 MHz，其最大处理能力可以达到1 800 MIPS。TMS320C6713的以上特点，保证了后端信号处理的实时性，能满足本系统的性能要求。

　　

　　2.3 FIFO存储器IDT72V253

　　FIFO存储器允许数据以不同的速率写入和读出，IDT72V253是一种高速的4 096字×18位的FIFO器件，如图3所示。其最高频率可达166 MHz，数据写入数据读出时间均为10 ns。当锁入的字数超过4 096时，存储器进人满状态。FIFO的状态可通过时间和状态位——满（FF／IR）、空（EF／OR）、半满（HF）、PAE和PAF来获得。当存储器满时，FF／IR输出为低电平;当存储器为空时，EF／OR输出为低电平。当FIFO存有不少于2 048字内容时，HF输出为高。PAE和PAF状态位是可编程状态位。当写使能端WEN电平变低时，待送入FIFO的数据在WCLK时钟的同步下送人FIFO，当第一个字被写入时，EF／OR引脚的电平变为高电平;当送入的数据超过（n+1）（n为PAE的偏置值）个字时，可编程状态位PAE变为高电平;当有（D／2）+1（2 049）个字写入时，HF引脚电平变低;随着数据的继续写入，会引起PAF引脚电平变低。如果没有数据读出，当有（D—m）（4 096—m）个字写入时，PAF引脚电平变低。当FIFO数据写满时（对于IDT72V253，就是写入4 096个字），FF／IR位变为低电平，阻止数据的进一步写入。当FIFO写满时，第一个读操作将会引起FF位电平变高，后来的读操作将会引起HF和PAF引脚电平变高。当FIFO里面只有n个字时，PAE引脚电平变低;当最后一个字从FIFO读出时，EF引脚电平变低，阻止进一步的读操作。

　　3 高速A／D转换器与DSP的接口设计