基于FPGA的多路模拟信号源设计之二

基于FPGA的多路模拟信号源设计之二

信号源, 电源, 接口
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。