电子产品世界

　　2．2 组成模块设计

　　2．2．1 电源隔离单元

　　64路模拟量信号要求对每路信号进行独立电源隔离，本文采用的ADUM1300是基于ADI公司磁耦隔离技术的通用型三通道数字隔离器，经过自制高压隔离信号调理电路，可以输出系统任务要求的相互隔离的、独立基准模拟量信号，实现SPI接口和数字转换器的隔离。它采用了高速CMOS工艺和芯片级的变压器技术，在性能、功耗、体积等各方面都有光电隔离器件无法比拟的优势。ADUM130数字隔离器在一个器件中提供三个独立的隔离通道，两端工作电压为2．7V～5．5V，支持低电压工作，并能实现电平转换。另外，ADUM130具有很低的脉宽失真(3ns)，功耗仅为0．8mA，工作电压为3V／5V，传输速率为1M／25M／90Mb／s，ADuM130还具有直流校正功能，有一个刷新电路保证即使不存在输入跳变的情况下，输出状态也能与输入状态相匹配，这对于上电状态和具有低数据速率的输入波形或恒定的直流输入情况是很重要的。

　　2．2．2 前端稳压单元

　　REF198精密电压基准，初始精度0．05％，温漂5ppm／℃，输出电流30mA，最大电源电流45 μ A，电源电压范围6．4V～15V，输出电压4．096V，每路输出电压与理论设置值的误差在30mV以内；每路驱动能力不低于5mA；该芯片同时为数模转换(DAC)模块和运放模块提供工作电压。

　　2．2．3 DAC单元

　　MCP4821是12位DAC芯片，本文中是单电源供电，32．768 MHz时钟支持的SPI接口，温漂50ppm／℃，电源电压范围2．7V～5．5V，内部参考电压为2．048V，FPGA向MCP4821写入16位数据，如图3所示，高四位是芯片配置位(Config bits)，其它12位是数据位(data bits)，在CS信号上升沿有效时，经过16个时钟脉冲完成转换。

　　2．2．4 运算放大单元

　　AD824运算放大器是美国AD公司生产的单电源、低功耗、精密场效应输入的运算放大器。采用双电源工作时，它的输出电压能够达到电源的正负电源电压。AD824的芯片内含有四个性能匹配的运算放大器。在本设计的双电源工作时，额定工作电压由±1．5v到±18v。它们的输出电压摆幅仅比电源电压小10mV。输入信号有可能出现大于+VS时，运算放大器的同相输入端串联一个电阻，典型值为1k Ω，就能防止输入信号的相位反相，但将产生附加的输入电压噪声。

　　3 电磁干扰设计

　　在整个电路系统中，电磁干扰主要出现在输入与输出接口处，其内部结构一般不会出现电磁干扰。本系统对输入输出信号进行接口保护，防止电磁干扰的产生；并采用线性电源及电源滤波模块，关键模块均进行电磁屏蔽，以最大程度降低模块问的互扰。如图4所示，左侧为有电磁干扰的正弦波，可以很明显地看出，在正弦波波峰位置突然出现一个下拉电平，经过多次分析，此现象为输入电源受到严重干扰而引起，右侧为经过II滤波模块后的波形。

　　4 结束语

　　本文应用FPGA实现了模拟／数字信号采集系统设计，异步串行数据传输等，并且通过多路切换开关循环采集，实现了对高速信号的采集和精确的电路设计，系统性能稳定，数据采集精度较高，抗干扰能力较强，具有很高的使用价值和良好的应用前景。经过多次长时间上电测试，能产生频率、幅值可调的波形信号，每路波形输出电压基准隔离，调节精度高达1％，远高于普通的信号源，完全满足系统设计的要求，已成功应用于某遥测信号源。

关键词： 遥测系统 FPGA 模拟信号源 设计