基于FPGA的模/数混合采集系统优化设计

杨圣龙+任勇峰+李辉景

摘 要： 针对弹上环境采集空间环境模拟量和图像数字量的需求，设计一种以FPGA为核心的模/数混合采集系统。该系统对模拟量采集的运放不稳定性进行分析与优化，提高运放补偿电路的稳定性。在FPGA内通过模/数混合编帧，提高数据存储效率。同时针对图像信号压缩数据的速率变化导致数据的产生速率与传输速率不匹配问题，提出动态平衡编帧的方法解决了速率匹配问题。经实际飞行测试，该采集系统数据输出可靠，可满足系统的各项性能指标。

关键词： 数据采集； 运放补偿； 均匀采样； 模/数混合编帧； FPGA； 动态平衡编帧

中图分类号： TN79+2?34； TP274 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）06?0117?04

Abstract： In allusion to the acquisition requirement of space environment analog quantity and image digital quantity on the missile environment， a analog?digital hybrid acquisition system based on FPGA is designed. In the system， the operational amplifier instability of analog quantity acquisition is analyzed and optimized to increase operational amplifier compensation circuits and improve stability. In FPGA， analog?digital hybrid framing is adopted to improve data storage efficiency. Meanwhile， in allusion to the mismatching problem of data generation speed and transmission speed caused by speed variation of packed image signal data， the dynamic balanced framing method is proposed to solve the speed matching problem. The actual flight test demonstrates that the acquisition system has reliable data output， and can meet various system performance indexes.

Keywords： data acquisition； operational amplifier compensation； uniform sampling； analog?digital hybrid framing；

FPGA； dynamic balanced framing

随着近现代新型武器装备和航天设备的研发，飞行器不仅要采集飞行过程中的空间环境参数，还需将更加直观的图像数据进行回传，这对采集系统提出了新的要求[1]。为满足数据采集存储可靠指标，本文设计以FPGA为核心的采集系统，对采集的模拟信号进行调理优化，图像数字量信号采用动态平衡编帧技术，解决了压缩速率与传输速率匹配问题，将多路模拟信号与数字信号进行混合编帧存储。数据还可通过USB串口传至上位机进行监测，提高了数据的可靠性。

1 系统总体设计

本采集系统主要由以下四部分组成：A/D信号调理模块、ADC转换模块、数字量采集模块、FPGA模/数信号混合编帧模块。A/D信号调理模块负责采集模拟信号，进行滤波调理分压后送至ADC转换模块；ADC转换模块将模拟信号转化为数字量输出至FPGA[2]；……