采集系統(tǒng)規(guī)格：

系統(tǒng)采用基于FPGA的采集加數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，包括如下幾個(gè)部分：
1．10bit2.2GSPSADC，單通道,。采樣率可以通過軟件設(shè)置,。
2．低噪聲模擬前端，支持+/-5V~+/-200mV信號(hào)輸入,，50Ω阻抗BNC接口,。
3．板載256MBDDR2內(nèi)存。
4．優(yōu)化的USB2.0傳輸接口,，支持33MB/s的連續(xù)傳輸速率,。
5．支持外部觸發(fā)輸入。
6．16個(gè)可編程GPIO,，可用于系統(tǒng)控制,。
7．高穩(wěn)定度，超低低抖動(dòng)時(shí)鐘發(fā)生器,。
8．低噪聲電源設(shè)計(jì),。
9．板載高精度自適應(yīng)校準(zhǔn)電路及算法,。
10．LED顯示，指示毛刺數(shù)量和狀態(tài),。
11．毛刺電平輸出,，兼容TTL電平。
12．FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)毛刺檢測算法功能,。
13．采集數(shù)據(jù)時(shí)間戳功能,。
14．用戶可通過小鍵盤或串口進(jìn)行參數(shù)配置和模式選擇。
15．寬溫設(shè)計(jì)-20℃~+90℃
16．供電需求,，單電源12DC輸入,，1A電流。
17．外形尺寸：180mmX90mm

系統(tǒng)整體框圖如下：

方案描述：

該采集系統(tǒng)主要用于長時(shí)間采集1通道脈沖信號(hào)：
1．采集脈沖信號(hào),，實(shí)時(shí)檢測其脈沖上的毛刺，并判斷有無毛刺,。
2．對毛刺信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)（通過數(shù)碼管顯示）,，實(shí)時(shí)上報(bào)毛刺情況（通過IO輸出）。
3．保證ADC的SNR以及長時(shí)間寬溫的工作穩(wěn)定性,。

毛刺信號(hào)的檢測算法：

輸出的信號(hào)如下：

為了準(zhǔn)確檢測包絡(luò)信號(hào)的毛刺,，我們首先檢測信號(hào)峰值，并判斷信號(hào)峰值的類型,，是真正的峰值,，還是毛刺的峰值。通過設(shè)置一定門限來區(qū)分毛刺和真正的峰值,。

為防止信號(hào)噪聲的干擾,，我們引入低通一階導(dǎo)和低通二階導(dǎo)的概念。檢測流程如下：

其核心算法判斷峰值中心,，并同時(shí)向左向右（時(shí)間前后）進(jìn)行邊緣長度搜索,，一單在門限以內(nèi)還存在另一個(gè)峰值，就可以判斷毛刺的存在,。哪怕倆個(gè)峰值相互重合,，通過檢測峰值邊緣長度也能判別疊加在峰值上的毛刺。

同時(shí)為了準(zhǔn)確的采集,，采集系統(tǒng)的信噪比SNR必須得到保證,。影響采集精度的主要要素有以下幾點(diǎn)：

量化誤差、Clockjitter和ADCjitter,、數(shù)字以及電源干擾

量化精度的提高：

對于量化誤差對采集系統(tǒng)的影響,，我們在該系統(tǒng)中選用10bit的ADC，理論



Clockjitter的消除：

該方案中采用溫度補(bǔ)償晶體TCXO以及業(yè)內(nèi)頂級的JittercleaningCLKGenerator芯片來保證clock的穩(wěn)定性,，Clockjitter的消除以及極低的Phasenoise,。

在寬溫工作環(huán)境下,，普通的晶體隨著工作溫度的變化，晶體的穩(wěn)定度和頻率都會(huì)發(fā)生改變,，為解決該問題,，我們在設(shè)計(jì)中選用epson公司的TCXO，該晶體具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的溫度穩(wěn)定性,，在寬溫工作環(huán)境下不會(huì)超過+/-2ppm,，其溫度測試性能如下：

對于時(shí)鐘芯片的選擇，也是基于同樣的考慮,，集成高精度高穩(wěn)定的VCO,，具有Jittercleaning功能和clkphaseadj功能。通常,，jitter由ADC本身的jitter和CLKjitter組成,，各自的RMS再組成總jitter的RMS：

總jitter的RMS會(huì)在采集系統(tǒng)中產(chǎn)生白噪聲，其關(guān)系如下：

采集系統(tǒng)的總和

采用本時(shí)鐘解決方案,，其總的clockjitter在系統(tǒng)中完全能做到<1ps,。在忽略信號(hào)noise，DNL等情況下,，fin和clockjitter有如下關(guān)系：

系統(tǒng)電源干擾的解決方案：

1．電源抑制(PSR)是采集系統(tǒng)的比較重要的指標(biāo),，高的PSR能擬制電源上的CML共模噪聲，該方案中選用的ADC具有80dB以上的電源擬制比,。

2.有效的數(shù)字-模擬電源隔離和濾波電路,。本方案中采用PICOR的專業(yè)有源EMI濾波器，能在電源上產(chǎn)生65dB的共模制比和80dB的差模擬制比,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通用的磁珠等EMI濾波效果,。

3．合理的PCB布線和接地

板卡實(shí)物圖:

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