采样A D I 公司发行的一款单芯片' 12位并行输出、最髙采样
速率可达65M S P S 的AD 9226髙速模数转换器。图2为 AD 9226外围接口电路设计。
图2 AD 9226外围接口电路设计
2.2发送端设计
HFBR -1414T 的具有高发光效率、低能耗特点，使其较小的
驱动电麵可以维持其工作。通过在输入信号端与HFBR 1414
之间加入逻辑门器件74ACTQ 00M T C 来完成电平驱动设计。脉 冲信号首纖入到逻辑门器件的输入端，根据与非门的特性，可
知当脉冲为高电平时，HFBR 1414不能导通；当脉冲处于低电平 时与非门输出低电平，发光二极管导通' HFBR 1414的驱动电 路如图3所不。
图3光纤发送驱动电路
该祕可以娜低赫的高通信速率可达155MBd 。
围1数据采集总体方案
首先，模拟信号经过调理电路后转化为数模转换器ADC (Analog to Digital Converter )可采集的电压范围内，再由FPGA
控制的髙速A D C 进行固定周期的连续采集，采集得到的数据 后将进行缓存、成帧、编码等操作，最终进入光纤发射端。
2硬件电路设计
F P
G A 的时钟频率高、速度快、效率高且全部控制逻辑由
硬件资源并行处理完成等优点，使其更适用于髙速采集场合气
本设计采用F P G A 采用A L T E R A 公司的CYCLONE IV 系列可编觀辑器件EP 4C E 10F 17C 8，该器件具有10320个逻 辑单元，414kbitRAM ，2个P L L 锁相环单元，丰富的内部资源 不仅可以满足该设计要求2.1 A D 9226 接口设计
由于输入模拟信号动态范围超过A D C 的动态电压输入 范围，因此需要分压电路将输入电压衰减至合适的范围。为此
0引§
为确保高压 IGBT 〇nsulated Gate Bipolar Transistor )模块 —直处于正常的工作状态，需要加入一些测量功能，对其电压、 电流、温度进行监测11]。但由于IG B T 模块在开通与关断时产 生的强烈电磁干扰会严重影响被测量的数据传递，需加以隔 离。因此设计了 一种基于 FPGA (Field-Programmable Gate Ar - ray )的数据采集与光纤传输的解决方案。
1系统总体设计
本系统核心功能对多路模拟量信号进行实时采集。数据 采集总体方案如图1所示。
2019年第3期 信息通信
2019
(总第 195 期） IN F O R M A T IO N & C O M M U N IC A T IO N S (Sum . No 195)
基于FPGA 的数据采集与光纤发送设计
范善宇
(西安工程大学电子信息学院，陕西西安710048)
摘要：对于电力机车IG B T 模块在实际运行过程中常常会出现电压、电流等失效情况，因此需对其进行状态监测，但由于 高压IG B T 模块工作于强电磁千扰环境下，所以监测装置对抗千扰能力有了更高的要求。基于上述原因，提出了 一种基 于F P G A 的数据采集与光纤传输的监测方案。
关键词:A D C ; FPG A ；光纤传输;CMI
中图分类号:TM 932 文献标识码:A
文章编号:1673-1131( 2019 )03-0087-02
Design of data acquisition and optical fiber transmission based on FPGA
Fan Shanyu
(School o f E lectronics and Information ,X i * an Polytechnic University , X i * an 710048, China )
Abstract : Far IGBT modules in electric locomotives , it often has voltage,current aad other failure conditions in the actual op eration process . Therefore , it needs to be monitored for condition . But because o f t he high voltage IGBT module works in a stron - g electromagnetic interference enviromnent . Thus , the momtoring device has higher requirements far anti-interference ability . For these reasons,a monitoring scheme based on FPGA for data acquisition and fiber transmission is proposed K ey words :AD C ; FPGA ; Optical fiber transmission ; CMI全部演员表
光纤发射埔
多路檯拟信号
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信息通信范善宇：基于F P G A的数据采集与光纤发送设计
3软件设计
3.1 A D C时序逻辑
AD9226具有多级差分流水线结构，其采样保持电路对输 入信号进行采样和保持后，数据输出会有一定的延迟。A/D转 换时序如图4所示。根据时序可知，无需对A D芯片进行单独 配置，只要提供时钟d k，芯片就可以进行数据的采集，并在每 个上升沿从输出引脚D O〜D11读取一个12位的数据。但在 A D C接收来自FP G A提供的e lk时，数据输出相对于elk滞后 8个时钟周期。因此，在采样时钟e lk第一个上升沿对时钟周 期计数，在满足周期个数等于8后停止计数，此后的每个d k 时钟上升沿都会有稳定的数据输出。
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图4 A/D转换时序图
为避免组合逻辑对输出产生的毛刺影响，故本设计采用 三段式状态机设计w。其状态机转移如图5所示。
数据采集状态机共设定3个状态对采集过程进行描述，其中IDLE为初始化默认状态，在检测到开始采集的触发信号 上升沿以及FIFO(First Input First Output)处于非写满状态时，状态跳转并启动A D C，同时开始对时钟周期计数；当计数值满 足后状态跳转开始采集；转换后对数据进行FIFO缓存，为下 一级数据输出做准备.在采集和缓存状态下，一旦检测到采集 触发信号的下降沿，状态自动跳转至默认状态。
3.2光纤通信设计及验证
数字光纤通信利用电光转换后的光信号实现数据点对点 收发。考虑到光纤的传输特性和光电器件特性，需要选择适 合光纤传输的线路码型'
(1) C M I编码模块
核酸检测怎么预约CMKCoded Mark Inversion)码要求：当码流中出现“1”码 时，编码输出以“00”和“11”的组合交替进行；当“0”码出现时，编码输出为固定的“01”组合表示。
图6编码流程图
根据CM I编码规则，首先对输入的数据进行编码检测，区
分出“0”和“1”，然后分别送入到相对应的编码单元中。由于 “1”码的编码组合是交替输出的，因此需要增加一级状态寄存
单元，保存上一次“1”码的编码输出状态，然后对单元的状态
进行判断，最后输出不同于上一次的编码组合。对于“〇”码的
输入，输出编码就是固定的“01”。古文
(2) C M I译码模块
根据C M I编码规则逆过程可知，译码过程为：如果“00”、“11”组合，则输出为“1”；如果“01”组合，则输出为“0”。
(3) 数据传输协议定制
为保证接收数据的准确性，自定义数据帧协议，协议由5
部分组成，分别为起始位、地址位、数据位、校验位、停止位。信
道空闲时处于逻辑“1”状态，当有数据要发送时，首先发送起
始位，由于起始位逻辑状态不同于信道的空闲状态，所以当接
收端收到“0”即表明有效数据帧已经开始传输。
(4) C M I编码电路功能仿真
利用QuartusII13.1和ModelSim10.1软件对其编译仿真 [20]，通过仿真得到了编码仿真波形如图7所示。
图7 C M I编码及数据发送仿真
从仿真结果可知，系统在编码时钟dk_C m i的触发下，对
输入数据d a ta jn j•进行协议编码；在时钟e lk的触发下，完成
梦见死去的奶奶对编码后的数据进行发送。通过对编码输出可以看出编码结
果编码规则。
4结语
本设计以项目为背景，考虑到IG B T工作环境，设计了具
有采集、发送功能模块的采集方案，并通过了仿真验证，为进
一步进行高压IG B T模块状态监测建立了良好的基础。
参考文献：
[1]郑松，高勇，杨媛.新型高压大功率IPM模块的封装与驱动
技术[J].西安工程大学报,2013,27(02):185-192.
怎么查银行卡余额[2]张岩，伍春，赵志坤.基于F P G A的多通道数据采集卡的方
案设计[J].东北师大学报(自然科学版),2016,48(04):63-67. [3]陈正涛.光纤HFBR-1414发射器的驱动电路设计[J].国外
电子测量技术,2010,29(05):79-81.
[4]张素萍，李朝强，张建芬.一种高速实时数据采集处理系统
设计[J].火力与指挥控制，2016,41(07):125-129.
[5]李文海.数字通信基础及光数字传输技术[M].北京：北方
交通大学出版社，2004.
作者简介：范善宇(1989-)，男，研究生，主要研究方向：大功率
IG B T状态监测。
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