基于FPGA具有自适应功能的数据采集系统设计

魏海潮，李丽芳，裴峰，马英卓，胡鹏，张谦

(中北大学信息与通信工程学院，山西太原，030051)

0 引言

在工业控制和智能测量系统中，一般信号的变化幅度大，若采用单一的放大增益，那么小信号经放大器放大后，幅值仍然很小，经A/D变换后，会影响数据的精度，而大信号放大后又有可能超出A/D转换的量程，因此设计开发增益自动可调的程控增益放大器，使允许输入的模拟量在很大的范围内动态可调，方便与微机接口，已成为现代测控设备的必然要求，随着可变增益放大技术的不断发展，它在自动测控、智能测控、智能仪器仪表等重要领域的应用也越来越广泛[1-2]。

1 系统框图与结构原理

本设计系统完成的功能是完成对小信号的自适应算法的放大和模拟数据量化处理[2]与FPGA数据的处理。基于FPGA的自适应放大电路的设计系统的内容包括信号的滤波、小信号的放大、信号的采集及数据的处理。输入的小信号经过滤波电路后送入程控放大器，程控放大器根据FPGA的信号来控制信号的放大倍数，放大器输出的信号一路送入A/D转换器中，一路送进电压比较器，电压比较器有一个基准电压，放大器输出的电压与基准电压比较后得到一个信号送到FPGA中，FPGA经计算A/D转换后的信号与电压比较器的信号，就可以得出控制程控放大器的放大倍数，根据以上要求分析，确定系统方案的系统硬件结构框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件电路设计

微弱信号采集系统硬件电路由信号调理电路和数据采集处理模块两部分组成，信号调理电路主要是消除共模干扰，对微弱小信号进行放大、滤波、电压抬升、信号传输；……