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基于Fution模数混合FPGA芯片的心电仪片上系统开发

作者:时间:2010-06-17来源:网络收藏
监护仪器的研制起源于国外,目前由于我国医院用的监护仪体积大、价格昂贵、维护费用高,使用起来极其不便,因此仪器无法满足家庭与乡镇医院的使用要求。针对这种状况,一种小型、价格低廉、便于维护的多功能监护仪具有相当的市场竞争力[1]。
系列的是世界上首个Flash构架的,即在数字的基础上加入了模拟电路部分,解决了传统模拟电路和FPGA分离给设计带来的诸多问题,降低了PCB板的制作难度,缩小了产品的体积。FPGA的可编程性使得易于升级。同时在数字中引入模拟电路,简化了电路设计。
1 FPGA介绍
FPGA的主要特点主要体现在:
(1)单:无需配置
(2)高安全性:晶体管受7层金属保护,具有AES和Flash Lock加密技术;
(3)高可靠性:对高能量粒子轰击具有免疫作用,具有很强的固件错误免疫功能;
(4)上电即行:上电时间非常短,一般只有几十个微秒左右;
(5)低功耗:无论是动态功耗还是静功耗都低于竞争对手,IGLOO最低可达5 ?滋W;
(6)低系统成本:无需配置,小功率电源芯片,无需加密芯片,PCB面积更小。
Fusion系列FPGA内部框架如图1所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/166690.htm

2 片上系统的实现原理
具体片上系统框图如图2所示。经过心电信号采集传感器采集的心电信号接入12位ADC,ADC将心电模拟信号转换成被BUF锁存,然后送给Core8051供其采集处理。Core8051中设计算法,将ADC传来的数据转换成VGA可以显示的数据,然后送给VGA驱动模块。

2.1 ADC模块设计
Fution FPGA内含采样精度和转换时间可以灵活配置的AD转换器,为灵活的AD转换方案提供了可能性。作为一种逐次逼近型ADC,这种转换器具有高达600 Ks/s采样率,器件内部具有2.56 V的参考源,误差在12位模式下为±6 LSB,具有自动校准功能。
利用FPGA内部逻辑单元对ADC进行配置:设置ADC精度为12位,参考电压采用幅值为2.56 V精度为1%片内电压源供电,同时FPGA内部的ADC具有Prescaler(预处理器),所以可以灵活地设置采样电压的范围,更进一步保证了AD转换的精确度。ADC初始化工作过程如下:
(1)等待ADCRESET管脚释放无效;
(2)ADCRESET管脚释放无效后,ADC上电自校准;
(3)上电校准后(CALIBRATE=1),对ACM 进行配置;
(4)配置完成后,通过ADC_START来使ADC工作。
FPGA内部逻辑单元进行ADC的配置和初始化工作,从而控制ADC采样,具体过程如图3所示。


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