2GSPS高速采集以及毛刺检测系统

采集系统规格：系统采用基于FPGA的采集加数据分析系统，包括如下几个部分：1．10bit2.2GSP...





采集系统规格：
系统采用基于FPGA的采集加数据分析系统，包括如下几个部分：
1．10bit2.2GSPSADC，单通道。采样率可以通过软件设置。
2．低噪声模拟前端，支持+/-5V~+/-200mV信号输入，50Ω阻抗BNC接口。
3．板载256MBDDR2内存。
4．优化的USB2.0传输接口，支持33MB/s的连续传输速率。
5．支持外部触发输入。
6．16个可编程GPIO，可用于系统控制。
7．高稳定度，超低低抖动时钟发生器。
8．低噪声电源设计。
9．板载高精度自适应校准电路及算法。
10．LED显示，指示毛刺数量和状态。
11．毛刺电平输出，兼容TTL电平。
12．FPGA实现实时毛刺检测算法功能。
13．采集数据时间戳功能。
14．用户可通过小键盘或串口进行参数配置和模式选择。
15．宽温设计-20℃~+90℃
16．供电需求，单电源12DC输入，1A电流。
17．外形尺寸：180mmX90mm

系统整体框图如下：

 方案描述：

 该采集系统主要用于长时间采集1通道脉冲信号：
1．采集脉冲信号，实时检测其脉冲上的毛刺，并判断有无毛刺。
2．对毛刺信号进行计数（通过数码管显示），实时上报毛刺情况（通过IO输出）。
3．保证ADC的SNR以及长时间宽温的工作稳定性。

毛刺信号的检测算法：

 输出的信号如下：为了准确检测包络信号的毛刺，我们首先检测信号峰值，并判断信号峰值的类型，是真正的峰值，还是毛刺的峰值。通过设置一定门限来区分毛刺和真正的峰值。

为防止信号噪声的干扰，我们引入低通一阶导和低通二阶导的概念。检测流程如下：其核心算法判断峰值中心，并同时向左向右（时间前后）进行边缘长度搜索，一单在门限以内还存在另一个峰值，就可以判断毛刺的存在。哪怕俩个峰值相互重合，通过检测峰值边缘长度也能判别叠加在峰值上的毛刺。

同时为了准确的采集，采集系统的信噪比SNR必须得到保证。影响采集精度的主要要素有以下几点：

量化误差、Clockjitter和ADCjitter、数字以及电源干扰

量化精度的提高：

对于量化误差对采集系统的影响，我们在该系统中选用10bit的ADC，理论


 Clockjitter的消除：

该方案中采用温度补偿晶体TCXO以及业内顶级的JittercleaningCLKGenerator芯片来保证clock的稳定性，Clockjitter的消除以及极低的Phasenoise。

在宽温工作环境下，普通的晶体随着工作温度的变化，晶体的稳定度和频率都会发生改变，为解决该问题，我们在设计中选用epson公司的TCXO，该晶体具有业内领先的温度稳定性，在宽温工作环境下不会超过+/-2ppm，其温度测试性能如下：对于时钟芯片的选择，也是基于同样的考虑，集成高精度高稳定的VCO，具有Jittercleaning功能和clkphaseadj功能。通常，jitter由ADC本身的jitter和CLKjitter组成，各自的RMS再组成总jitter的RMS：总jitter的RMS会在采集系统中产生白噪声，其关系如下：采集系统的总和采用本时钟解决方案，其总的clockjitter在系统中完全能做到

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