英创推出多通道并行采样ADC工控主板

 2022-7-26 21:03:51     作者:刘乾坤    

  在电网监控、工业自动化和控制、故障录波、多通道数据采集系统等应用领域都需要用到多通道同步采样ADC。与低速AD相比,多通道同步采样产生的数据量要大得多,以8通道16位同步AD为例,当采样率为200kSPS时,每秒的数据量就超过3M字节。此外,多通道同步采样除了最基本的精确采样触发信号需求外,更重要的是要求系统具有高速的中断响应能力,这样才能及时的将AD转换结果从ADC芯片中读走。同样以200kSPS采样率的AD转换为例,要求系统能每5μs稳定可靠的响应AD中断、读取AD数据。常规的WinCE或Linux嵌入式操作系统几乎完全无法满足稳定的5μs中断响应的性能要求,因此传统的高速数据采集方案通常使用FPGA/CPLD对AD芯片进行直接操作、控制AD转换并对数据进行缓存,缓存一定量的数据后再向系统发出中断请求,系统响应中断读取批量数据。这样的方案实现复杂、成本较高。


  为了满足客户对多通道同步采样ADC应用的实际需求,英创推出了直接支持8通道16位同步采样ADC的工控主板ESM7080。ESM7080属于英创成熟的ESM7000系列产品,ESM7080除不支持精简ISA总线而支持8通道同步ADC以外,与ESM7000的其它所有功能完全一样。


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图1 ESM7080 多通道同步采样ADC工控主板


  在同步采样的实现方案上,ESM7080没有采用传统的FPGA/CPLD方案,而是充分利用了ESM7080主CPU i.MX7D的异构多核架构,由i.MX7D内的Cortex-M4直接扩展一片ADS8555S——ADS8588S是TI的16位、8通道同步采样ADC芯片,它集成了模拟前端,可直接连接传感器,支持±10V和±5V的双极输入。整个方案除了在ESM7080主板上扩展必要的ADC芯片外,不需要再增加任何额外的器件,整体实现成本达到了最优化。


  在应用软件操作上,Linux下原有的Hwmon子系统只适应于低采样率的传感器、比如风扇转换或温度等测量。对于多通道高速同步采样ADC应用,我们移植了Linux的另一个标准输入输出子系统IIO(IIO是Industrial I/O的缩写)。ADS8555S扩展的8通道同步ADC在Linux系统中作为一个IIO设备,用户只需要通过一系列Linux标准函数就能轻松实现多路同步ADC采样。软件操作的进一步说明可参考:多通道并行采集在Linux主板上的实现


  ESM7080 ADC接口技术指标如下:(取自于ADS8588S数据手册)

  • 具有集成式模拟前端的 16 位 ADC

  • 同步采样: 8 通道

  • 可通过引脚编程设定的双极输入: ±10V 和 ±5V

  • 高输入阻抗: 1MΩ

  • 7kV 静电放电 (ESD) 过压输入钳位

  • 低漂移片上基准 (2.5V) 和缓冲器

  • 出色的性能:

   – 200kSPS 的最大吞吐量(所有通道)

   – 差分非线性 (DNL): ±0.35 最低有效位 (LSB);积分非线性 (INL): ±0.45 LSB

   – 信噪比 (SNR): 96.4dB; 总谐波失真 (THD): -114dB

  • 过热性能:

   – 最大偏移漂移: 3ppm/°C

   – 增益漂移: 6ppm/°C

  • 用于过采样的片上数字滤波器


  ESM7080详细技术说明请参考《ESM7000工控主板数据手册》