基于FPGA的高速数据采集控制模块设计

摘要 以Spartan-3E系列FPGA为核心控制模块，结合AD10242模数转换芯片和MXP-123MD-F光收发模块，实现了高速数据采集和光纤传输 其中FPGA用于实现数据控制、双口RAM和8B／10B编解码等功能。该数据采集控制模块具有性能可靠、实时性强、集成度高、扩展灵活等特点，并且通过试验验证了其功能的正确性。
关键词 数据采集；FPGA；8B／10B编解码；光纤传输

在雷达、通信、气象、军事监控及环境监测等领域，现场信号具有重要的作用。这些信号的主要特点是：实时性强、数据速率高、数据量大、处理复杂。为能够完整、准确地捕获到各种信号并及时进行处理，需要临测系统能够具备任意长度连续采集和存储的功能，且具有较高的数据传输率。考虑到FPGA拥有丰富的可编程I／O引脚、时钟频率高、时序控制精确、运行速度快、编程配置灵活等特点，采用其作为核心控制模块。因为光纤通信使用简单的点到点互连，具有传输损耗低、传输频带宽、速率高和抗电磁干扰等优点，在增加可靠性的同时降低了电缆连接的复杂程度，所以采用光纤作为信号传输媒介。
这里设计的数据采集控制模块能够对8通道模拟信号进行两种不同频率的采集，采集时间的长短町以进行控制，并对数据进行了编帧，编解码处理，利用光纤进行数据传输。

1 模块结构设计方案
8通道的模拟信号经过信号调理、A／D模数转换电路后进入FPGA。上位机发送的控制帧经光收发模块、串并转换器后进入FPGA，作为采集数据的帧头部分，该帧中有1 Byte决定了采样的频率。上位机向FPGA发送采样控制信号：采样导前信号以及采样时间长度信号。在FPGA中将8通道采集的数据以两通道为一组分成4份分别与帧头打包组帧，存入双口RAM，编码处理后经过并串转换器、光收发模块发送出去。模块结构设计框图如图1所示。