在電子測(cè)量中，不僅需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行高精度的采集和預(yù)處理，而且要將其快速地傳送到計(jì)算機(jī)，以便于對(duì)測(cè)量的監(jiān)測(cè)。文中選用ADS8364來進(jìn)行多通道信號(hào)采集，通過CY7C68013芯片采用USB2.O協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速傳輸。
1 多通道，高精度的A/D轉(zhuǎn)換
ADS8364是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的高速、低功耗，6通道同步采樣16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS8364采用+5 V工作電壓，并帶有80 dB共模抑制的全差分輸入通道以及*μs連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6個(gè)差分采樣放大器。
當(dāng)ADS8364采用5 MHz的外部時(shí)鐘來控制轉(zhuǎn)換時(shí)，它的取樣率是250 kHz，同時(shí)對(duì)應(yīng)于4μs的最大吞吐率，這樣，采樣和轉(zhuǎn)換共需花費(fèi)20個(gè)時(shí)鐘周期。另外，當(dāng)外部時(shí)鐘采用5 MHz時(shí)，ADS8364的轉(zhuǎn)換時(shí)間是3.2μs，對(duì)應(yīng)的采集時(shí)間是0.8μs。因此，為了得到最大的輸出數(shù)據(jù)率，讀取數(shù)據(jù)可以在下一個(gè)轉(zhuǎn)換期間進(jìn)行。
ADS8364中的采樣/保持模塊以最大吞吐率250 kB工作，它的輸入帶寬大于ADC的奈奎斯特頻率。而典型的小信號(hào)帶寬是300 MHz?？讖窖舆t時(shí)間為5 ns，每次的平均增量為5 ops。這些特性反映了ADS8364接收輸人信號(hào)的能力。
1.1 A/D前端信號(hào)調(diào)理電路
鑒于多通道信號(hào)采集的時(shí)序的重要性，這里選用差分放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。
采用TI公司的運(yùn)算放大器OPA2227組成一個(gè)電壓放大器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換到ADS8364的差分輸入電壓范圍。根據(jù)需要，可以通過調(diào)整放大電路中電阻的大小，改變輸入電壓的范圍，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)表如表1所示。
ADS8364在參考電壓為2.5 V的情況下，其測(cè)量范圍為±1.25 V。而實(shí)際中的測(cè)試信號(hào)一般為±2.5 V，±5 V或±lO V，所以，在ADS8364的前端，要經(jīng)過線性衰減、限幅和濾波。其調(diào)理電路原理圖，如圖1所示。
1.2 A/D電源電路
數(shù)據(jù)采集電路需要完成高精度的數(shù)據(jù)采集，因此電源部分的設(shè)計(jì)是相對(duì)比較重要的。
在作進(jìn)一步的分析之前，需要說明采樣精度和有效位都是對(duì)采樣質(zhì)量高低的描述。設(shè)采樣精度為vp，有效位為N，基準(zhǔn)電壓為vREF，基準(zhǔn)電壓噪聲電平為VN，則有
2 USB接口模塊設(shè)計(jì)
Cypress Semiconductor公司的EZ-USB FX2是世界上的第一款集成USB2.0的微處理器，它集成了USB2.0收發(fā)器、SIE(串行接口引擎)、增強(qiáng)型8051微控制器和可編程的外圍接口。FX2這種獨(dú)創(chuàng)性結(jié)構(gòu)可使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到56 MB·s-1，即USB2.0允許的最大帶寬。EZ-USB FX2 CY7C68013的微處理器是一個(gè)增強(qiáng)型的805l內(nèi)核，性能可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)8051的5～10倍，并與標(biāo)準(zhǔn)805l的指令完全兼容。增強(qiáng)型的8051內(nèi)核使用RAM芯片作程序指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，從而使得EZ-USB FX2 CY7C68013具有“軟”特性，也就是說，可以通過自行編寫程序指令來實(shí)現(xiàn)所需的功能。
