一种多通道高速高精度PXIe数据采集模块设计
信息技术与网络安全
唐新懿1，2，曹 平1，2，解立坤1，2，李 超1，2，黄锡汝1，2，安 琪1，2
(1.中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室，安徽 合肥230026； 2.中国科学技术大学 近代物理系，安徽 合肥230026)
摘要： 介绍了一种基于放大器、模数转换(Analog to Digital Converter，ADC)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的多通道数据采集方案，包括采集系统的主要构成以及实现方法，最后对系统性能进行了测试。该电路模块为子母板结构，通过PCI Extensions for Instrumentation Express(PXIe)机箱背板总线实现数据的读出能力。该模块可支持8个采集通道的同步采集，每通道采样率可达500 MS/s。测试结果表明，在其带宽内有效位可接近11 bit(ADC采样精度为14 bit)，能够满足高速高精度的数据采集需求。
中图分类号： TM933.2
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.04.009
引用格式： 唐新懿，曹平，解立坤，等. 一种多通道高速高精度PXIe数据采集模块设计[J].信息技术与网络安全，2021，40(4)：56-63.
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.04.009
引用格式： 唐新懿，曹平，解立坤，等. 一种多通道高速高精度PXIe数据采集模块设计[J].信息技术与网络安全，2021，40(4)：56-63.
Design of a multi-channel high-speed and high-precision PXIe data acquisition module
Tang Xinyi1，2，Cao Ping1，2，Xie Likun1，2，Li Chao1，2，Huang Xiru1，2，An Qi1，2
(1.State Key Laboratory of Particle Detection and Electronics，University of Science and Technology of China， Hefei 230026，China； 2.Department of Modern Physics，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China)
Abstract： The paper introduced a multi-channel data acquisition scheme based on amplifiers, Analog to Digital Converter(ADC) and Field Programmable Gate Array(FPGA), including the main components and implementation methods of the acquisition system. Finally, the system performance was tested. The circuit module is a mezzanine card structure, and the data readout ability is realized through the PCI Extensions for Instrumentation Express(PXIe) chassis backplane bus. The module can support simultaneous acquisition of 8 acquisition channels, and the sampling rate per channel can reach 500 MS/s. The results show that the Effective Number of Bits(ENOB) can be close to 11 bit in its bandwidth(ADC sampling accuracy is 14 bit), which can meet high-speed and high-precision data collection needs.
Key words : data acquisition；amplifier；ADC；FPGA；JESD204B
0 引言
数据采集技术是信息技术的重要内容，它研究数据的采集、存储、处理和控制问题[1]。现如今，多通道数据采集系统已经被广泛应用于诸如核物理、高能物理、航空航天、医疗卫生、通信等各个领域中。随着数据采集需求的日趋复杂[2]，人们对采集系统性能指标的要求也越来越高，例如高采样率、高精度等[3]。IC工艺的飞速发展使得ADC芯片的性能不断提升[4]，这让数据采集系统同时具备高采样率与高精度成为可能。本文设计了一种基于FPGA的八通道、500 MS/s采样率、14 bit采样精度的数据采集模块，该模块为标准的PXIe插卡模块，通过PXIe机箱背板总线以及机箱控制器与上位机进行通信，最终实现了上位机与FPGA协同完成数据采集与性能测试。
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作者信息：
唐新懿1，2，曹 平1，2，解立坤1，2，李 超1，2，黄锡汝1，2，安 琪1，2
(1.中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室，安徽 合肥230026；
2.中国科学技术大学 近代物理系，安徽 合肥230026)
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