FPGA數(shù)據(jù)采集卡電子方案設(shè)計
2020-09-08 11:25:41分類：硬件開發(fā)12719
奧芯科技專業(yè)從事智能產(chǎn)品設(shè)計、電子方案開發(fā)、電子產(chǎn)品PCBA加工的深圳電子方案公司，主要設(shè)計電子產(chǎn)品包括智能穿戴、智能出行、智能家居、智能共享、智能安防、醫(yī)療電子產(chǎn)品等開發(fā)。下面我們來介紹一下FPGA多數(shù)據(jù)采集卡電子方案設(shè)計。
FPGA多數(shù)據(jù)采集卡優(yōu)勢
由于FPGA時鐘頻率高、內(nèi)部延時小、速度快、效率高、組成形式靈活等特點使其在高速數(shù)據(jù)采集方面有著DSP和單片機無法比擬的優(yōu)勢。
FPGA多數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，共由4類模塊組成，各采集模塊可以互換或靈活增減，各個模塊之間采用三通式連接器相連，傳感器信號、422串行等信號輸入到對應(yīng)模塊中調(diào)理采集，由主控制模塊控制統(tǒng)一編幀，并傳輸?shù)诫p備份存儲器中。設(shè)計方案靈活、控制簡單，具有很好的實用價值。
系統(tǒng)硬件設(shè)計
數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)由1個主控制卡及3個數(shù)據(jù)采集卡組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下圖所示。
主控制卡是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部分，主要包括地面測控臺長線通信、各數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)傳輸控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、存儲器控制等功能。3個數(shù)據(jù)采集卡可以采集72路模擬信號，各數(shù)據(jù)采集卡中的FPGA從控制模塊根據(jù)地址跳線模塊控制多通道切換開關(guān)，選通24路模擬信號中的某路信號后經(jīng)過16位A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，各路信號采集完成后根據(jù)接收時序和握手信號將采集數(shù)據(jù)通過三通式可堆疊內(nèi)部總線發(fā)送至主控制卡，再由主控制卡的FPGA主控制模塊統(tǒng)一編幀后傳輸?shù)酱鎯ζ鳎瓿闪藬?shù)據(jù)采集與存儲過程。
系統(tǒng)邏輯設(shè)計
主控制卡采集控制邏輯設(shè)計
主控制卡的控制邏輯框圖如下圖所示。
采集控制主要是由主控制卡的內(nèi)部總線控制模塊完成，接收長線控制模塊發(fā)送過來的地面測控臺控制命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給各個電壓采集卡，在采集狀態(tài)下，根據(jù)接收時序和握手信號接收各個采集卡的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集卡邏輯設(shè)計
數(shù)據(jù)采集卡控制邏輯框圖如下圖所示。
Bus_Ctr為數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部總線控制模塊，主要接收內(nèi)部總線模塊發(fā)送過來的命令，控制AD—Ctr的工作狀態(tài)，采集狀態(tài)下，配合主控制卡，將4k_FIFO中的數(shù)據(jù)主動送至主控制卡中，AD—Ctr模塊主要控制AD轉(zhuǎn)換時序，控制24路模擬開關(guān)。
模擬開關(guān)電路設(shè)計
多通道模擬開關(guān)的切換是數(shù)據(jù)采集卡的重要內(nèi)容，在本設(shè)計中，每塊數(shù)據(jù)采集卡都需要同時采集24路不同頻率的模擬信號，所以必須高精度、高準確度控制采樣通道地址的切換與選擇，這對于硬件與軟件的設(shè)計都提出很高的要求。硬件部分采用的模擬開關(guān)是ADG706，此為可以選通l6路信號的芯片，由于采集通道為24路，所以每塊采集卡上需要兩片ADG706芯片，開關(guān)量達到16X2=32>24路，滿足設(shè)計要求。
PCBA加工產(chǎn)能
PCBA工藝能力
PCBA交期說明
公司核心業(yè)務(wù)是提供以工控電子、汽車電子、醫(yī)療電子、安防電子、消費電子、通訊電子、電源電子等多領(lǐng)域的電子產(chǎn)品設(shè)計、方案開發(fā)及加工生產(chǎn)的一站式PCBA服務(wù)，為滿足不同客戶需求可提供PCBA加工。
FPGA多數(shù)據(jù)采集卡優(yōu)勢
由于FPGA時鐘頻率高、內(nèi)部延時小、速度快、效率高、組成形式靈活等特點使其在高速數(shù)據(jù)采集方面有著DSP和單片機無法比擬的優(yōu)勢。
FPGA多數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，共由4類模塊組成，各采集模塊可以互換或靈活增減，各個模塊之間采用三通式連接器相連，傳感器信號、422串行等信號輸入到對應(yīng)模塊中調(diào)理采集，由主控制模塊控制統(tǒng)一編幀，并傳輸?shù)诫p備份存儲器中。設(shè)計方案靈活、控制簡單，具有很好的實用價值。
系統(tǒng)硬件設(shè)計
數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)由1個主控制卡及3個數(shù)據(jù)采集卡組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下圖所示。
系統(tǒng)邏輯設(shè)計
主控制卡采集控制邏輯設(shè)計
主控制卡的控制邏輯框圖如下圖所示。
采集控制主要是由主控制卡的內(nèi)部總線控制模塊完成，接收長線控制模塊發(fā)送過來的地面測控臺控制命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給各個電壓采集卡，在采集狀態(tài)下，根據(jù)接收時序和握手信號接收各個采集卡的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集卡邏輯設(shè)計
數(shù)據(jù)采集卡控制邏輯框圖如下圖所示。
Bus_Ctr為數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)部總線控制模塊，主要接收內(nèi)部總線模塊發(fā)送過來的命令，控制AD—Ctr的工作狀態(tài)，采集狀態(tài)下，配合主控制卡，將4k_FIFO中的數(shù)據(jù)主動送至主控制卡中，AD—Ctr模塊主要控制AD轉(zhuǎn)換時序，控制24路模擬開關(guān)。
模擬開關(guān)電路設(shè)計
多通道模擬開關(guān)的切換是數(shù)據(jù)采集卡的重要內(nèi)容，在本設(shè)計中，每塊數(shù)據(jù)采集卡都需要同時采集24路不同頻率的模擬信號，所以必須高精度、高準確度控制采樣通道地址的切換與選擇，這對于硬件與軟件的設(shè)計都提出很高的要求。硬件部分采用的模擬開關(guān)是ADG706，此為可以選通l6路信號的芯片，由于采集通道為24路，所以每塊采集卡上需要兩片ADG706芯片，開關(guān)量達到16X2=32>24路，滿足設(shè)計要求。
PCBA加工產(chǎn)能
| 制造能力 | PCBA服務(wù) | 設(shè)備清單 |
| 4條SMT生產(chǎn)線 | 電路板類型（盲埋孔、阻抗、厚銅、HDI） | Fuji CP8 Series SMT貼片機 |
| 2條DIP插件生產(chǎn)線 | 工藝類別（SMT/DIP） | 全自動錫膏印刷機 |
| 0201元件貼裝 | ICT測試 | 10溫區(qū)回流焊 |
| 0.25mm BGA | FCT功能測試 | AOI光學檢測儀 |
| SMT 400萬點/日 | BIT老化測試 | 波峰焊（有鉛、無鉛） |
| DIP 100萬點/日 | Box Building成品組裝 | ICT測試工作臺 |
PCBA工藝能力
| 項目 | 批量加工 | 打樣 | ||
| PCBA加工SMT工藝能力 | 長*寬 | 最小尺寸 | 50*30 | |
| 最大尺寸 | 150*350 | 最大邊長低于800mm | ||
| 厚度 | 最低厚度 | 0.8 | ||
| 最高厚度 | 5 | |||
| PCBA加工DIP工藝能力 | 長*寬 | 最小尺寸 | 50*30 | |
| 最大尺寸 | 500*350 | 最大邊長低于1000mm | ||
| 厚度 | 最低厚度 | 0.8 | ||
| 最高厚度 | 5 | |||
| PCBA貼片加工元件規(guī)格 | 規(guī)格大小 | 最小規(guī)格 | 0603（0201） 0402（） | |
| 最大尺寸 | 45*45 | 68*68 | ||
| 元件厚度 | 25.4 | |||
| QFP封裝 | 最小腳距 | 0.4 | 0.3 | |
| BGA封裝 | 最小腳距 | 0.5 | 0.3 | |
PCBA交期說明
| 項目 | 加工數(shù)量 | ||
| 少于100件 | 100-1000件 | 多于1000件 | |
| 交期 | 少于3天 | 少于5天 | 3天開始交貨 |
| 備注 | SMT快件最快8小時交付； | ||
| 合格率保證在99%以上； | |||
| 交期計算從客戶資料、物料確認完畢后開始計算 | |||
公司核心業(yè)務(wù)是提供以工控電子、汽車電子、醫(yī)療電子、安防電子、消費電子、通訊電子、電源電子等多領(lǐng)域的電子產(chǎn)品設(shè)計、方案開發(fā)及加工生產(chǎn)的一站式PCBA服務(wù)，為滿足不同客戶需求可提供PCBA加工。
