基于FPGA的簡易可存儲示波器設計

摘要：　本文介紹了一種基于FPGA的采樣速度60Mbit/s的雙通道簡易數字示波器設計，能夠實現量程和采樣頻率的自動調整、數據緩存、顯示以及與計算機之間的數據傳輸。
關鍵詞：數據采集；數字示波器；FPGA

引言

　　傳統的示波器雖然功能齊全，但是體積大、重量重、成本高、等一系列問題使應用受到了限制。有鑒于此，便攜式數字存儲采集器就應運而生，它采用了LCD顯示、高速A/D采集與轉換、ASIC芯片等新技術，具有很強的實用性和巨大的市場潛力，也代表了當代電子測量儀器的一種發展趨勢，即向功能多、體積小、重量輕、使用方便的掌上型儀器發展。

系統組成結構及工作原理

　　系統的硬件部分為一塊高速的數據采集電路板。它能夠實現雙通道數據輸入，每路采樣頻率可達到60Mbit/s。從功能上可以將硬件系統分為：信號前端放大及調理模塊、高速模數轉換模塊、FPGA邏輯控制模塊、單片機控制模塊、USB數據傳輸模塊、液晶顯示和鍵盤控制等幾部分，其結構形式如圖1所示。

　
　　　　圖1  系統原理結構圖

　　輸入信號經前置放大及增益可調電路轉換后，成為符合A/D轉換器要求的輸入電壓，經A/D轉換后的數字信號，由FPGA內的FIFO緩存，再經USB接口傳輸到計算機中，供后續數據處理，或直接由單片機控制將采集到的信號顯示在液晶屏幕上。

高速數據采集模塊

　　本系統可實現雙通道同步數據采集，而且每通道的采集速度要達到60Mbit/s，考慮到兩路數據采集應保持同步并行，因此在設計中采用每通道都有獨自的采樣保持器和A/D轉換器。選用MAXIM公司MAX1197型A/D轉換器，它是一款雙通道、3.3V供電、每通道60Mbit/s采樣頻率的模數轉換器芯片。它內部集成雙路差分寬帶采樣保持器和A/D轉換器，可以輸出鎖存，具有低功耗、小尺寸、高動態性能的特點。

　　本系統的測量電壓的范圍可達到