Sistem za pridobivanje podatkov za detekcijo prehodnega signala optičnega sevanja
V skladu z značilnostmi močnega ozadja in šibke tarče pri zaznavanju prehodnega optičnega sevanja ta dokument oblikuje shemo za zajemanje podatkov s FPGA kot jedrom nadzora in obdelave. Shema sprejme kanale z dvojnim filtrom ozadja in signala, dvonivojsko programsko nadzorovano ojačanje, ki učinkovito zagotavlja kakovost zajemanja signala; istočasno sprejme shranjevanje frekvenčne pretvorbe za ciljne signale, kar močno zmanjša zahteve za shranjevanje in prenos podatkov ter zagotavlja doslednejši postopek pridobivanja. natančnost merjenja.
1 Sestava sistema in princip delovanja
Sistem za zajemanje podatkov lahko v grobem razdelimo na tri dele: modul za predprocesiranje, modul za shranjevanje vzorčenja in krmilni modul FPGA. Modul za predprocesiranje vključuje naprave za fotoelektrično pretvorbo, aktivne banke filtrov in programsko krmiljena ojačevalna vezja. Blokovni diagram celotnega sistema je prikazan na sliki 1. Fotoelektrično pretvorniško vezje pretvori optični signal, ki vstopa v sistem, v tokovni signal prek detektorja in ga nato pretvori v napetostni signal prek transimpedančnega operacijskega ojačevalnika. Sistem oblikuje dva filtrirna kanala: ozadje uporablja nizkopasovno filtriranje, signal pa visokoprepustno filtriranje. V začetnem stanju analogno stikalo privzeto izbere kanal v ozadju, programabilni ojačevalnik pa je nastavljen na način v ozadju. Ko A/D vzorči signal ozadja, se pošlje v FPGA za primerjavo pragov. Ko je zaznana situacija, ki je višja od praga, FPGA preklopi kanal analognega stikala, izbere se kanal visokofrekvenčnega filtra in način delovanja programsko krmiljenega ojačevalnika je izbran kot način signala. Glede na značilnosti signala, ki je strm na začetku in počasen na koncu, FPGA realizira zbiranje in shranjevanje podatkov gosto in nato redko z usklajenim nadzorom A/D in FIFO.
2. Zasnova strojne opreme sistema za pridobivanje podatkov
2.1 Vezje predprocesiranja sprednje stopnje
V vezju fotoelektričnega zaznavanja je fotodetektor neposredno povezan s kakovostjo delovanja sistema. Da bi zmanjšali vpliv induciranega toka, ki ga povzroča elektromagnetno sevanje okolja, je naprava primerna za keramično embalažo. Poleg tega fotoobčutljivo območje detektorja ne sme biti preveliko, sicer se bodo parametri, kot so temni tok, spojna kapacitivnost in čas vzpona, povečali, kar bo vplivalo na učinek zaznavanja. Pri zasnovi je uporabljena silicijeva fotodioda S2387 japonske družbe Hamamatsu. Detektor ima značilnosti visoke občutljivosti, hitrega odziva in velikega dinamičnega razpona. Zasnova vezja sprejme način ničelne pristranskosti, brez temnega toka, šum diode je predvsem toplotni šum, ki ga ustvari shunt upor, in ima najboljšo natančnost in linearnost. Visokofresovni in nizkoprepustni filter uporablja aktivni filter, ki ima hitro odzivno hitrost, dober učinek filtriranja harmonikov in lahko dinamično kompenzira jalovo moč. Programsko voden ojačevalnik je sestavljen iz integriranega operacijskega ojačevalnika in analognega stikala. Analogno stikalo krmili FPGA, različni upori pa so priključeni na vhodno sponko operacijskega ojačevalnika za prilagoditev ojačanja.
2.2 Krog za shranjevanje vzorcev
Ker je dinamični razpon ciljnega signala zelo velik (približno 80 dB), je treba za zajem signala izbrati ADC s širokim dinamičnim razponom. Sprejem 14 b ADC za vzorčenje signalov z dinamičnim razponom, katerega amplituda se spreminja do 4 velikosti, lahko izpolni zahteve visoke občutljivosti zaznavanja, ki jo zahteva sistem. Ker pa imajo vse naprave za A/D pretvorbo napake natančnosti, lahko uporaba komponent za pretvorbo A/D z visoko natančnostjo kot komponent za pretvorbo A/D zmanjša natančnost. Ta zasnova uporablja 16 bAD976A družbe ADI. AD976A nizka poraba energije 16 b A/D pretvornik z zaporednim približevanjem, hitrost pretvorbe je 200 KSPS, lahko izberete notranje ali zunanje 2,5 V referenčno napajanje. AD976 omogoča vzporedni izhod 16 b naenkrat in lahko izhod v obliki dveh 8 b. Da bi prihranili zatiče v dizajnu, so sprejeti dvojni 8 b izhodi.
Za zagotovitev natančnega prenosa podatkov med različnimi domenami ure podatkovni predpomnilnik uporablja asinhroni FIFO. Asinhroni FIFO ima značilnosti visoke hitrosti in dobre zanesljivosti ter se lahko izogne napačnemu vzorčenju podatkov zaradi faznih razlik med različnimi takti. IDT7204, ki je bil sprejet v zasnovi, je 4 096 × 9 b CMOS čip predpomnilnika z dvojnimi vrati v seriji IDT72XX. Notranji bralni in pisalni kazalci se berejo in pišejo na podlagi prvi vstopi prvi ven, pisalna ura W in bralna ura R pa sta na voljo zunaj; polna zastavica () in prazna zastavica () nadzirata preliv podatkov in prazno branje ter pišeta, ko je simulacijski pomnilnik poln. Enostavno lahko razširi poljubno globino in dolžino besede.
