一种以FPGA为基础的多路模拟信号自适应采集系统设计
0 引言
目前，在pcm／fm遥测体系中模拟信号采集普遍采用8位量化，全部模拟信号均归一化到o～5 v范围内，随着需要采集的模拟信号的类型多样化，势必增加信号调理电路的多样性，不利于系统的简化和模块化。在量化位数一定的系统中，被衰减处理的信号中实际量化误差等于n倍（n是信号被衰减的倍数）的最小量化误差，因此合理的信号调理电路和a／d取值是保证量化精度的关键。本文提供的方式有效地解决了这个问题，既简化了前端信号调理电路的复杂度，又充分利用了a／d转换器的输入电压动态范围和量化位数优势，实现了对多路模拟信号的自适应采集，对其他信号采集系统也具有一定的借鉴意义。
l 系统设计 该系统主要由信号调理电路、采集电路和时序控制等几部分组成。被测模拟信号经过信号调理电路后，经多路选择器的快速切换，按需求依次送入a／d转换器进行采样，采样后的数据送入fpga中处理，系统框图如图1所示。
系统设计的主要指标：模拟信号通道数为46路；系统采样率大于300 kb／s；量化位数为8位；频率响应范围为dc～1 khz；通道采样率为100 hz，200 hz，400 hz，500 hz，800 hz，1 khz，2 khz，4 khz可选；a／d转换器允许输入信号的最大幅度为±10 v。
2 系统各部分功能及实现 2．1 信号调理电路
信号调理电路主要完成被测信号的阻抗匹配和电压变换，设计时信号调理电路均采用差分输入电路形式。针对不同类型的信号，通过调整电阻阻值即可实现信号的衰减、放大或者阻抗匹配，有利于电路形式的模块化和标准化。信号调节电路如图2所示。
整个信号调理电路采用±12 v供电，根据信号类型将全部模拟信号调理到合适的范围内，以便充分利用a／d的输入动态范围来实现自适应采集。
2．2 采集电路
采集电路主要包括多路选择器和a／d转换器等，多路选择器采用adg406，通过级联可以形成46路模拟信号通道，采用±12 v供电，保证调理后的信号不失真通过，12根地址线用来控制模拟信号的切换；a／d转换器采用ad7892-1，其具有±10 v的输入电压动态范围和12位的量化能力，信号输入范围设置为±10 v，控制线用来控制a／d转换器的工作状态，并将转换后的12位数据全部接入fpga中进行处理。
2．3 时序控制
时序控制通过fpga程序来实现，主要完成多路选择器的切换，a／d转换器的控制和自适应采集逻辑等功能。对于多路选择器的切换和a／d转换器的控制逻辑，只要注意多路选择器的开关稳定时间和a／d转换器的采样时刻即可完成数据采集。自适应采集就是根据已知模拟信号的类型自动选择a／d的转换器输出码位来实现的。为了便于对后文的理解，表1给出ad7892-l输入／输出对应码表和处理后的码表。
前面信号调理电路根据模拟信号的类型把信号分别调理到0～5 v，-5～-o v，-5～+5 v，o～+10 v，-10～-0 v，-10～+10 v等范围内，结合表1的内容即可实现对模拟信号的自适应采集，保证信号的采集精度。数据自动转换模块的fpga程序示例如下：
通过测试验证，该法是可行的。在不改变任何硬件电路的情况下，通过fpga程序可有效实现模拟信号的动态量化，确保信号的量化精度。通过数据处理软件即可恢复原始信号，如图3所示。
3 结语 设计的基于fpga的多路模拟信号自适应采集系统，在有限的量化位数限制下，充分利用信号调理电路、a／d转换器的输入电压动态范围和12位的位宽，在相同的量化位数下提高了大部分模拟信号的采样精度，具有一定的参考价值。
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整个信号调理电路采用±12 v供电，根据信号类型将全部模拟信号调理到合适的范围内，以便充分利用a／d的输入动态范围来实现自适应采集。
2．2 采集电路
采集电路主要包括多路选择器和a／d转换器等，多路选择器采用adg406，通过级联可以形成46路模拟信号通道，采用±12 v供电，保证调理后的信号不失真通过，12根地址线用来控制模拟信号的切换；a／d转换器采用ad7892-1，其具有±10 v的输入电压动态范围和12位的量化能力，信号输入范围设置为±10 v，控制线用来控制a／d转换器的工作状态，并将转换后的12位数据全部接入fpga中进行处理。
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时序控制通过fpga程序来实现，主要完成多路选择器的切换，a／d转换器的控制和自适应采集逻辑等功能。对于多路选择器的切换和a／d转换器的控制逻辑，只要注意多路选择器的开关稳定时间和a／d转换器的采样时刻即可完成数据采集。自适应采集就是根据已知模拟信号的类型自动选择a／d的转换器输出码位来实现的。为了便于对后文的理解，表1给出ad7892-l输入／输出对应码表和处理后的码表。
前面信号调理电路根据模拟信号的类型把信号分别调理到0～5 v，-5～-o v，-5～+5 v，o～+10 v，-10～-0 v，-10～+10 v等范围内，结合表1的内容即可实现对模拟信号的自适应采集，保证信号的采集精度。数据自动转换模块的fpga程序示例如下：
通过测试验证，该法是可行的。在不改变任何硬件电路的情况下，通过fpga程序可有效实现模拟信号的动态量化，确保信号的量化精度。通过数据处理软件即可恢复原始信号，如图3所示。
3 结语 设计的基于fpga的多路模拟信号自适应采集系统，在有限的量化位数限制下，充分利用信号调理电路、a／d转换器的输入电压动态范围和12位的位宽，在相同的量化位数下提高了大部分模拟信号的采样精度，具有一定的参考价值。
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