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

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1 TLC5510簡介

　　TLC5510是美國德州儀器(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，可簡化外圍電路設(shè)計。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：模擬信號地；

　　ANGLOG IN：模擬信號輸入端；

　　CLK：時鐘輸入端；

　　DGND：數(shù)字信號地；

　　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，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，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。由于其測量范圍為0.6 V～2.6 V(即：TLC5510在轉(zhuǎn)換時模擬輸入0.6 V時對應(yīng)數(shù)字輸出00 000 000，2.6 V對應(yīng)的數(shù)字輸出11111 111)，因此輸入信號在進(jìn)入TLC5510之前要塒其處理，要使該輸入信號處于量程內(nèi)，應(yīng)加入一個1.6 V的直流分量。

　　2 基于TLC5510的數(shù)據(jù)采集設(shè)計

　　2.1 兩級采樣

　　TLC5510雖采樣率高，但受干擾嚴(yán)重。基于上述特點，將TLC5510運用于寬頻數(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)計一個有源晶振模塊為TLC5510提供采樣時鐘，但導(dǎo)致采樣率不可調(diào)。為了解決這個問題，采用兩級采樣。第一級采樣為控制A／D轉(zhuǎn)換器對外圍的電信號高速采樣，并將其采樣保存到FPGA內(nèi)部寄存器，該級采樣率恒定不變，并由硬件設(shè)計實現(xiàn)；第二級采樣為軟件采樣，即由FPGA采樣控制模塊從寄存器中提取第一級采集結(jié)果，該級采樣率是可調(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，即巾被測信號的某相位點位為觸發(fā)，然后存儲。其實現(xiàn)過程：每一個完整的采樣需采集256個點，每一個采樣點都是由相同電平觸發(fā)，觸發(fā)后啟動FPGA內(nèi)部的計數(shù)器，對高頻脈沖記數(shù)，脈沖數(shù)不同，代表相位也不相同。經(jīng)過256個周期，就可采集256個不同的相位點。

　　3 基于FPGA的等效采樣

　　3.1 實現(xiàn)方案

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

　　3.2 硬件電路設(shè)計