High-speed broadband data acquisition system based on FPGA

A field-programmable gate array(FPGA)based high-speed broadband data acquisition system is designed.The system has a dual channel simultaneous acquisition function.The maximum sampling rate is 500 MSa/s and bandwidth is200 MHz,which solves the large bandwidth,high-speed signal acquisition and processing problems.At present,the data acquisition system is successfully used in broadband receiver test systems.

多端口并行通信下多维度数据高速采集仿真

在多端口并行采样过程中,不同输入通道之间存在失配造成的误差,导致数据采集不准确,且存在大量的冗余数据,增加了数据传输的负担。为了提高数据采集效率,提出一种超多端口通信中多维数据的高速采集方法。明确多维数据的采集理想值,分析多端口通信信噪比环境,选择通用接口保证通信兼容,稳定的模数转换器性能。为减少多端口并行采样的失配误差,利用时间交替并行采集策略,通过调试端口通信各类误差,降低通道信噪比。实时判断数据采集所需时间,重构数据采集误差函数,根据采集间距和模糊规则,调整有效距离,判断并删除冗余数据,实现多维度数据的高速采集。经实验证明研究方法能在保证数据完整性和精确度的前提下,实现高速采集,采集过程中受噪声影响小。

400 km/h高速综合检测列车研制

高速综合检测列车是保障高速铁路安全运营的高端核心技术装备,该检测列车以“复兴号”智能动车组为载运平台,集成400 km/h的轨道几何、车辆动态响应、接触网、通信信号、线路环境等检测系统。在400 km/h高速综合检测列车研制中,开发了检测集中控制和数据服务平台,实现检测作业的自动化管理和数据自动归集;设计了基于时空二元基准的检测系统同步架构,实现病害缺陷的多源融合精确定位和多专业检测数据的动态精确关联分析;对检测系统和载运动车组平台进行一体化设计,提升更高运行速度条件下列车检测的可靠性。经试验验证,400 km/h高速综合检测列车可满足高速铁路基础设施最高450 km/h等速、等工况条件下的检测要求。

高速铁路接触网导线动态抬升量研究

为了通过高速铁路线路整体接触导线抬升量数据研究弓网系统动态性能,文章建立了4种典型高铁线路的接触网模型和3种高速受电弓的三自由度归算参数模型,并利用罚函数法模拟弓网关系,建立弓网耦合模型,仿真计算接触线定位器抬升量在不同运行速度、不同运行方向下的变化。随后,文章提出一种基于随机森林算法的定位点智能识别分类方法,将接触线拉出值拐点作为定位点,结合现有的接触网几何参数检测数据,采用随机森林算法,将投票结果作为最终定位点判断标准,建立分类模型,优化定位点数据,并对接触线抬升量动态静态实测数据进行预处理、定位点优化、数据空间同步后,得到连续的接触线抬升量。研究结果表明,在速度170~350 km/h内4种典型线路定位器最大抬升量随列车运行速度的提升而增大;在300 km/h开口运行条件下,SSS400+受电弓的定位器动态最大抬升量小于法维莱CX-018与DSA380受电弓,最大抬升量在61.17~81.44 mm;在接触网参数确定的前提下,受电弓闭口方向运行时接触线平均抬升量要高于开口方向运行。

基于FPGA和DSP的核磁共振两相流采集系统

为了满足石油工业中核磁共振两相流采集系统的高精度、低成本、小型化等需求,实现对核磁共振FID信号的采集、存储、传输及显示,设计了基于DSP和FPGA的核磁共振两相流采集系统。系统采用模块化设计,主要包括AD信号采集模块、双核控制传输模块以及上位机显示模块。采集过程主要依靠FPGA控制ADC完成数据的采集、存储、传输。然后通过DSP设计最优滤波器完成对信号的去噪处理,再由串口将数据传输给上位机进行反演处理以及显示。实验结果表明:该系统能够实现FID信号的采集、存储、传输及显示,去噪后的信号信噪比提升了34.6%,反演处理后的T2谱可以识别出不同含水率下的两相流。

北京三号B卫星海量数据传输处理系统设计与实现

海量数据传输与处理技术是高分辨率遥感卫星系统的关键技术,北京三号B卫星作为高分辨率光学遥感卫星其图像传输速率高达几十吉比特每秒,因此设计了一种基于万兆网接口与高速串行收发器GTX/GTH接口的数据传输与处理系统。该系统使用万兆网接口接收前端相机载荷数据,使用GTX/GTH接口实现产品内数据互联,并基于超大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理芯片实现海量数据路由分发、编解码和处理。测试结果表明:可实现36.04 Gbit/s数据接收和60 Gbit/s数据传输处理能力,并具有可靠性高、系统延时小、通用性强的优点。与传统数传方案相比,系统数据处理能力提高了一倍以上,且显著降低了硬件成本。

基于三路同源时钟的TLK2711高速数传接口设计

随着卫星载荷相机的分辨率不断提升,其获取的图像数据量也迅速增加,如何将载荷数据高速且可靠地传输至后端设备处理是当前所需要解决的问题。本文在高速SERDES接口芯片TLK2711和三路同源时钟的工作原理上进行研究应用,针对星载TLK2711高速数传链路中出现的传输误码等问题做出了分析,提出了一种基于三路同源时钟的高速数传接口设计,并对该高速数传接口具体设计做了详细描述。首先分析原始方案,即无外部参考时钟的FPGA向TLK2711输出时钟信号的缺点,并在原方案基础提出改进方案,在原电路基础上加入三路同源时钟为FPGA和TLK2711提供参考时钟。深入分析了误码率产生的原因及影响,从而提出了最佳相位检测和RS编码,并对其在高速数传接口应用的可行性进行了验证。对接口设计进行验证,实验结果表明,采用TLK2711高速数传接口可实现高达2.5 Gbit/s的数据传输,相比较于原始方案,基于三路同源时钟的TLK2711高速数传接口设计数据时钟抖动下降59.5%,采用的RS编码纠错能力强,使得CRC错误数大幅度降低,显著降低了误码率,硬件实现简单,增强了接口的工作稳定性。

基于“嵩山”超级计算机的UCX库分析与优化

UCX是一个经过生产验证的优化通信框架,适用于当前的高带宽和低延迟高速网络。UCX作为“嵩山”国产高性能计算平台的通信中间件,提高了并行编程模型在InfiniBand(IB)高速互联网络上的开发效率,同时其性能也会直接影响上层应用的通信能力。基于“嵩山”超级计算平台,对平台上的UCX框架进行分析与性能测试,在此过程中归纳IB适配器通信存在的局限性以及UCX在通信传输选择中的不合理性。针对这些问题,根据“嵩山”超级计算平台的网络架构特点,在参数层面进行调优,使得UCX适配“嵩山”平台的Socket Direct架构;在代码层面修改UCX对传输的选择逻辑,使得UCX在选出共享内存传输后不再选择网卡进行传输,从而解决节点内的进程间通信抢占HCA卡资源的问题。同时,修正UCX中KNEM共享内存的带宽设置,使UCX在共享内存CMA和KNEM传输的选择上更加合理。实验结果表明,使用优化后的UCX在100个节点间进行allgather集合通信测试时,相对优化前延迟至多降低80%,节点内alltoall集合通信延迟至多降低70%,gather集合通信延迟至多降低45%。改进后的UCX通信库为“嵩山”超级计算平台上的并行编程模型和应用提供了更好的互联网络支撑,明显提升了平台的集合通信性能。

国产化的数据采编传输系统优化设计

为了提高数据采编传输系统的可靠性与传输速度,创新性地设计了国产化的数据采编传输系统。整个系统以国产FPGA为控制核心,通过以太网完成上位机指令的下发与数据读取,通过高速串行通信连接至采编模块并通过以太网进行数据回读,数据读取速度可达600 Mb/s,在某监控台的数据记录器实验中通过验证。通过优化通信模式,传输速度可达1.25 Gb/s,主要是利用交换机的IP组播模式代替点对点通信模式,使多台上位机可以与数据采编传输缓存系统在不同时间、地点进行通信,提高了系统灵活性与便捷性并实现国产化。

高速以太网接口电路设计与FPGA实现

随着计算机网络接入技术千兆以太网在各个科技领域的广泛应用,愈来愈多的研究倾向于设计高速以太网接口电路,以实现当局部设备接入网络时,数据能够以更高速率、高效率地进行传输。文章根据局域网中两个工程机之间需要发送数据包的需求,设计了包含FPGA板卡在内的利用以太网接口互传数据传输系统的实现方案。同时还设计了基于Xillinx公司IP核的MAC层控制模块,该模块不仅可以完成标准千兆以太网帧的数据传输,还能够通过配置模块来完成数据打包与解包的工作。由测试实验可知,文中设计的高速以太网接口电路能有效的传输高清视频数据流,并在传输过程中未出现视频流卡顿和数据包丢失的现象,因此有较高的工程应用价值。

冲击载荷作用下高速机械传动误差测试仿真

高速机械传动误差在冲击载荷作用下,难以获得精准的测量结果,于是构建由上、下位机组成的冲击载荷作用下机械传动误差测试模型。传动误差测试模型的上位机提供通信、读写等服务,下位机集数据采集与读取功能,共同获取和处理机械传动信号;对比2路不同频率的脉冲信号,得到高速机械传动拉格朗日插值,即可计算齿轮输出轴与输入轴间理论转角与实际转角的差,得到机械的传动误差。通过误差测试仿真,验证所提方法测试结果符合一级蜗轮副的测量标准,且不会受到冲击载荷作用影响出现测试信号中断现象,误差曲线与实际拟合程度高。

DSP与PC机间的DMA通信接口设计

文章介绍了应用于电器试验高速数据采集的以DSP（数字信号处理器）为核心的高速数据采集系统。研究了DSP与PC机之间的通信方式，对采用DMA（直接存储器存取）通信方式的数据传输接口电路进行了重点讨论，对所涉及到的主要硬件及软件技术进行了详细说明。

基于FPGA的CPCI高速读数接口设计

针对提高读数测试设备实时准确接收、处理高速数据能力的问题,研究了基于FPGA的CPCI总线接口及LVDS高速数据接口。CPCI总线接口和LVDS高速数据接口相结合,既提高了系统的处理速度,又满足了数字信号处理的实时性。经过大量的试验验证,该高速读数接口能够准确接收并实时处理大量的高速数据,具有很高的可靠性,并且已经应用到了实际工程当中。

基于TLK2711的遥感卫星高速串行载荷数据接口设计

高分辨率遥感卫星星上载荷原始数据率不断提高,如何将高速载荷数据传输至后端数据处理设备已成为遥感卫星载荷接口设计的关键。在研究高速串行/解串(SerDes)收发器件TLK2711工作原理的基础上,提出了高速串行载荷数据传输接口的设计方案。通过在某卫星星载数据传输系统中的首次应用,实现了星上2Gbit/s的高速串行数据传输,工程试验和在轨验证表明了接口设计的正确性和可靠性,可为其它星载高速数据传输接口设计提供借鉴。

基于虚拟仪器的USB高速数据采集卡设计

针对组建虚拟仪器实验室的数据采集部分,采用USB数据采集的设计方案。采集系统硬件选用Philips公司的增强型单片机P89C58×2及PDIUSBD12为核心器件;利用单片机完成A/D转换,调用USB固件发送采样数据到USB总线;上位机在Windows2000平台上利用VC6.0、Windows2000 DDK、DriverWorks对虚拟仪器数据采集卡WDM驱动程序进行开发;利用LabWindows/CVI开发上位机监控界面。整个系统调试成功,可以作为数据采集模块供虚拟仪器实验使用。

雷达目标回波高速采集系统的设计

论述了一种雷达目标回波高速采集系统的设计思想和系统结构 .针对高速FIFO指针环的结构特点 ,设计了一种采样预触发电路 ,有效解决了门限检测时回波采集丢失有效数据的问题 .系统采用PCI总线的接口技术和可编程逻辑器件 ,实现了双路 5

基于FPGA的高速串行数据收发接口设计

针对传统ADC/DAC应用中采样数据并行传输存在线间串扰大、同步难等问题,设计了一种基于高速串行协议——JESD204B的数据收发接口。以Xilinx公司V7系列FPGA为核心控制单元设计电路,在单通道传输速率为6 Gb/s的条件下完成数据收发测试,验证了传输过程中数据的同步性、准确性及整体方案的可行性。设计结果表明,这种串行传输方式不仅解决了并行传输所带来的诸多问题,还降低了制板设计时PCB布线的复杂程度、减少了板层数量、节约了成本。

基于FPGA的高速信号采集板卡的设计

传统模拟信号采集板卡的低通信速率已成为高性能飞控测试系统功能的"瓶颈",针对这一问题,设计了一种以FPGA为核心的总线型高速数据采集板卡。板卡中信号调理电路有效抑制了模数转换中的零点温度漂移等问题,专用的模数转换芯片提高了采集精度。BLVDS总线与Modbus协议的应用使板卡具有模块化、网络化的功能。设计过程中充分利用QuartusII软件平台,完成了逻辑电路的仿真验证和调试。实际应用表明,该板卡稳定可靠、扩展方便、精度高,能够满足多种场合信号采集的需要。

高精度多脉冲激光测距回波检测技术

针对远距离激光测距机回波信号脉宽强度特征和噪声的统计特性,提出了一种高精度多脉冲激光测距机的回波信号检测技术。采用时钟移相分配方式实现了400MHz高速信号采集及数字化处理,提高了回波脉冲的检测精度。采用ARM嵌入式高速核处理器进行数据算法处理,完成了滤波降噪、自适应门限检测和多帧相关检测等功能,使回波信噪比提高了7.6dB,达到远距离精确获取目标距离信息的目的。

基于FPGA的数据采集系统IEEE1394接口设计

介绍了数据采集系统中以FPGA为处理核心、采用TI公司接口芯片的IEEE1394接口设计,给出了系统硬件设计和FPGA逻辑设计,讨论了IEEE1394总线异步和等时数据传输的设计方法。该系统能够同时传输图像、传感器数据和控制指令,具有传输速度快、通用性好、易于扩展等优点。