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基于TLC5510的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1 TLC5510簡(jiǎn)介

　　TLC5510是美國(guó)德州儀器(TI)公司的8位半閃速架構(gòu)A／D轉(zhuǎn)換器,。采用CMOS工藝,，大大減少比較器數(shù)。TLC5510最大可提供20 Ms／s的采樣率,，可廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,、數(shù)字TV,、醫(yī)學(xué)圖像、視頻會(huì)議以及QAM解調(diào)器等領(lǐng)域,。TLC5510的工作電源為5 V,，功耗為100 mW(典型值)。內(nèi)置采樣保持電路,，可簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì),。TLC5510具有高阻抗并行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電阻,，模擬輸入范圍為0.6 V～2.6 V。

　　1.1 引腳功能描述

　　TLC5510采用24引腳的貼片封裝,，其引腳配置如圖1所示,，各引腳功能描述如下：

　　AGND：模擬信號(hào)地；

　　ANGLOG IN：模擬信號(hào)輸入端,；

　　CLK：時(shí)鐘輸入端,；

　　DGND：數(shù)字信號(hào)地；

　　D1～D8：數(shù)據(jù)輸出端,。D1為數(shù)據(jù)低位,，D8為數(shù)據(jù)高位；

　　OE：輸出使能端,。OE為低電平時(shí)數(shù)據(jù)端有效,，否則數(shù)據(jù)端為高阻態(tài)；

　　VDDA：模擬電路工作電壓,；

　　VDDD：數(shù)字電路工作電壓,；

　　REFTS：內(nèi)部參考電壓。當(dāng)內(nèi)部分壓器輸出額定2 V基準(zhǔn)電壓時(shí),，該端短路至REFT,；

　　REFT：參考電壓(T代表Top為2.6 V)；

　　REFB：參考電壓(B代表Bottom為0.6 V),；

　　REFBS：參考電壓,。當(dāng)內(nèi)部分壓器產(chǎn)生2 V的額定基準(zhǔn)電壓時(shí)，該端短路至REFB,。

　　1.2 典型應(yīng)用電路

　　TLC5510的基準(zhǔn)電源有多種接法,，根據(jù)不同場(chǎng)合選擇適當(dāng)基準(zhǔn)電源，利用內(nèi)部基準(zhǔn)源,，TLC5510典型應(yīng)用電路如圖2所示,。由于其測(cè)量范圍為0.6 V～2.6 V(即：TLC5510在轉(zhuǎn)換時(shí)模擬輸入0.6 V時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)字輸出00 000 000，2.6 V對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出11111 111),，因此輸入信號(hào)在進(jìn)入TLC5510之前要塒其處理,，要使該輸入信號(hào)處于量程內(nèi)，應(yīng)加入一個(gè)1.6 V的直流分量,。

　　2 基于TLC5510的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

　　2.1 兩級(jí)采樣

　　TLC5510雖采樣率高,，但受干擾嚴(yán)重?；谏鲜鎏攸c(diǎn),，將TLC5510運(yùn)用于寬頻數(shù)字示波器的數(shù)據(jù)采集。為了提高抗干擾能力,，專門設(shè)計(jì)一個(gè)有源晶振模塊為TLC5510提供采樣時(shí)鐘,，但導(dǎo)致采樣率不可調(diào),。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采用兩級(jí)采樣,。第一級(jí)采樣為控制A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)外圍的電信號(hào)高速采樣,，并將其采樣保存到FPGA內(nèi)部寄存器，該級(jí)采樣率恒定不變,，并由硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),；第二級(jí)采樣為軟件采樣，即由FPGA采樣控制模塊從寄存器中提取第一級(jí)采集結(jié)果,，該級(jí)采樣率是可調(diào)的,。

　　2.2 等效采樣

　　根據(jù)奈奎斯特定律，采樣頻率高于信號(hào)頻率的兩倍就可恢復(fù)原波形,。當(dāng)采樣頻率等于或小于信號(hào)頻率可采用等效采樣,，在不同周期獲取不同相位的幅值,，根據(jù)相位將幅值連續(xù)排列即可復(fù)原波形,。

　　采用內(nèi)觸發(fā)采樣，即巾被測(cè)信號(hào)的某相位點(diǎn)位為觸發(fā),，然后存儲(chǔ),。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程：每一個(gè)完整的采樣需采集256個(gè)點(diǎn)，每一個(gè)采樣點(diǎn)都是由相同電平觸發(fā),，觸發(fā)后啟動(dòng)FPGA內(nèi)部的計(jì)數(shù)器,，對(duì)高頻脈沖記數(shù)，脈沖數(shù)不同,，代表相位也不相同,。經(jīng)過(guò)256個(gè)周期，就可采集256個(gè)不同的相位點(diǎn),。

　　3 基于FPGA的等效采樣

　　3.1 實(shí)現(xiàn)方案

　　該系統(tǒng)沒(méi)計(jì)采用延遲法來(lái)實(shí)現(xiàn)等效采樣,。如圖3所示，設(shè)輸入信號(hào)f(t)的周期為T(頻率為f),，若將f(t)的一個(gè)周期T以△t等分,，在時(shí)間t1進(jìn)行第一次取樣，為了采集到下一個(gè)相位點(diǎn),，在時(shí)間t2進(jìn)行第二次采樣,，tl～t2可相隔多個(gè)信號(hào)周期。假設(shè)m個(gè),，則相鄰兩個(gè)采樣脈沖的時(shí)間間隔為(mT+△t),。如此類推，以下3個(gè)采樣點(diǎn)則分別在t3,，t4,，t5時(shí)刻采樣,。在每個(gè)觸發(fā)位置延時(shí)N△t(N=0，1,，2,，3…)后存儲(chǔ)采樣，即可合成一個(gè)完整波形,。這種方法控制方便,，通過(guò)FPGA完成整個(gè)觸發(fā)、延時(shí),、采樣和存儲(chǔ)功能,，但對(duì)觸發(fā)電路和延時(shí)電路要求很高。

　　3.2 硬件電路設(shè)計(jì)