FPGA模拟信号采样系统方案分享之电源设计

FPGA在模拟信号采集系统中的应用目前已经非常普遍，这一技术的使用能够让数据的采集和输出拥有更高的精确度。本文将会通过今明两天的方案分享，为各位工程师分享一种基于FPGA技术的模拟信号采样系统设计案例，今天将会就这一模拟信号采样系统的电源模块设计过程进行简析，希望能够对各位工程师的设计工作提供一定的参考和辅助作用。

线性电源模块设计

按照一般FPGA模拟信号采样系统的设计要求，本方案所设计的这一采样系统在正常运行时需要提供+12V、-12V、+5V的电源。因此，本方案选择采用滤波电容、防自激电容、LED灯及固定式三端稳压器LM7905、LM7812和LM7912等器件搭建成能产生精度高、稳定度好的直流输出电压的线性电源电路。这一线性电源模块的电路部分原理图如下图图1所示：

图1 系统的线性电源模块电路

在图1所示的这一线性电源模块电路系统中，电路电源接通后，如果LED灯亮起则代表能产生出要求的电压。为了携带方便，这一电路系统还可以再另外加上电源变压器和整流电桥。在画PCB的时候，用大面积覆铜，有助于美观和节约实验器材。图2所展示的即本方案中所设计的线性电源PCB。

图2 线性电源PCB

数据采集模块

在本方案中，本文所设计的这一FPGA数据采集系统在采集模块设计方面，选择采用ADC0809逐次逼近式AD转换器。这一CMOS组件每进行一次比较，即决定数字码中的以为码的去留操作，需要8个时钟的脉冲，而它是8位A/D转换器，所以它完成一次转换需要8*8=64个时钟，这样它的转换时间为t=64*（1/f），其中参数f为时钟频率。

在这一数据采集模块的设计中，由于这一模拟信号采集系统所使用的时钟为500KHz，所以ADC0809的转换时间为128us。因为采样时需要满足采样定理，即采样频率需要大于等于输入信号最高频率的2倍，所以ADC0809能采样的最高频率为3906.25Hz。它的内部逻辑结构如下图图3所示，这一模拟信号采集系统的数据采集模块部分电路原理图如图4所示。

图3 ADC0809内部逻辑结构

图4 系统数据采集模块电路

在图4所展示的系统数据采集模块电路中，当ALE高电平有效时，因为ABC接的都是低电平，所以选择的是IN0通道。当START为上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始A/D转换；在转换期间，START需保持低电平不变。而当EOC为高电平时，表明A/D转换结束。当OE=1时，输出转换得来的数据，否则，输出数据线呈高阻态。

数据输出模块

在这一基于FPGA技术所设计的模拟信号采集系统中，其数据输出模块部分的设计直接关系到信号采集的精度高低。本方案选择采用的数据输出为DAC0832。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，其分辨率为8位。转换时间为1us。满量程误差为±1LSB。参考电压为-10~+10V。供电电源为+5~+15V。逻辑电平输入与TTL兼容。它的内部逻辑结构如图5所示。DAC0832的输出放大和滤波电路采用TL082芯片搭建。系统的数据输出电路部分原理图如图6所示。

图5 DAC0832内部逻辑结构

图6 系统数据输出模块电路

按键控制模块

在这一模拟信号采样系统的方案设计中，本文所设计的按键控制模块采用两个按键开关设计正/负电平输入信号电路，以此来完成这一模块的设计要求。这两个按键开关一个控制CLR，另一个控制WREN。两个按键开关电路如图7所示。

图7 系统按键控制模块电路

以上就是本文针对一种利用FPGA技术所设计的模拟信号采样系统，所进行的电源模块设计简析和总结，明天我们将会继续就这一系统中的软件设计情况，进行详细介绍，欢迎大家继续关注。