【文章內(nèi)容簡介】 換為最后的數(shù)字量，如單次積分型A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器等，其特點(diǎn)是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性能強(qiáng)，一般在測試儀表中用得較多[8]。 AD分類圖 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號的變化量，定義為滿刻度電壓 與 的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。轉(zhuǎn)換速率：是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。采樣時(shí)間則是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。量化誤差：量化誤差由于AD的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。偏移誤差：偏移誤差指輸入信號為零時(shí)輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。滿刻度誤差：滿刻度誤差指滿度輸出時(shí)對應(yīng)的輸入信號與理想輸入信號值之差。線性度：線性度是指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。其他指標(biāo)還有：絕對精度，相對精度，微分非線性，單調(diào)性和無錯(cuò)碼，總諧波失真和積分非線性[9]。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7667AD7667是16位，1MSPS的電荷再分配SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由單一5V電源供電。該器件包含一個(gè)高速16位采樣ADC，一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，內(nèi)部參考，糾錯(cuò)電路，以及串行和并行系統(tǒng)接口端口。AD7667具有很高的采樣率模式（warp模式），用于異步應(yīng)用的快速模式（標(biāo)準(zhǔn)模式），和為了低功耗應(yīng)用的電源減少模式（impulse模式）。AD7667經(jīng)過全面測試，從而確保除了增益，偏移和線性度等參數(shù)外，使信噪比（SNR）和總諧波失真（THD）等這些交流參數(shù)滿足要求。AD7667芯片特性： ：典型溫漂為3 ppm/℃，承受最大溫漂為15 ppm/℃。吞吐量：1MSPS（warp模式）800KSPS（正常模式）666KSPS（impulse模式）16位分辨率，無失碼。信噪比: 88 db min@ 20 kHz；（總諧波失真）THD: 96 dB max@ 20 kHz模擬輸入電壓變化范圍：0V to V無流水線延遲；并行/串行5 V/3V接口；與SPI/QSP/ MICROWIRE/DSP兼容；單5伏電源供電；功耗：典型功耗為87毫瓦@666kSPS的典型值為130微瓦@ 1k SPS時(shí)為133毫瓦，無參考@ 1M SPS有參考；48引腳LQFP封裝和48引腳LFCSP封裝：引腳與AD7671，AD7677兼容[10]。 AD7667芯片產(chǎn)品要點(diǎn)：。 該AD7667是l MSPS的具有內(nèi)部糾錯(cuò)電路的電荷再分配，16位SAR ADC。 。3．內(nèi)部參考 AD7667具有溫漂的典型值為3 ppm/℃的內(nèi)部參數(shù)。4．單電源操作 AD7667采用單5v電源。在impulse模式下，其功率消耗隨吞吐量而降低。5．并行/串行接口多用并行幾或2線串行接口都和3V和5v得邏輯兼容。 AD7667在系統(tǒng)中的應(yīng)用電壓信號經(jīng)調(diào)理電路后由IN輸入，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出16位數(shù)字信號；控制信號RD、CS、CONVST、BYTE和RESET由FPGA輸入，BUSY信號輸入FPGA，向FPGA提供芯片的工作狀態(tài)，整個(gè)A/D受FPGA的控制。 A/D轉(zhuǎn)換電路 存儲電路存儲電路用來存儲采集后的數(shù)據(jù)，以保證采集的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 FLASH簡介閃存的英文名稱是“Flash Memory”，一般簡稱為“Flash”，它屬于內(nèi)存器件的一種。 不過閃存的物理特性與常見的內(nèi)存有根本性的差異： 目前各類 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都屬于揮發(fā)性內(nèi)存，只要停止電流供應(yīng)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)便無法保持，因此每次電腦開機(jī)都需要把數(shù)據(jù)重新載入內(nèi)存； 　閃存則是一種不 揮發(fā)性（NonVolatile）內(nèi)存，在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲介質(zhì)的基礎(chǔ)[11]。 FLASH的一些重要參數(shù)閃存則是一種不 揮發(fā)性（NonVolatile）內(nèi)存，在沒有電流供應(yīng)的條件下也能夠長久地保持?jǐn)?shù)據(jù)，其存儲特性相當(dāng)于硬盤，這項(xiàng)特性正是閃存得以成為各類便攜型數(shù)字設(shè)備的存儲介質(zhì)的基礎(chǔ)。 NAND 閃存的存儲單元?jiǎng)t采用串行結(jié)構(gòu)，存儲單元的讀寫是以頁和塊為單位來進(jìn)行（一頁包含若干字節(jié)，若干頁則組成儲存塊，NAND 的存儲塊大小為 8 到 32KB ），這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于容量可以做得很大，超過 512MB 容量的 NAND 產(chǎn)品相當(dāng)普遍， NAND 閃存的成本較低，有利于大規(guī)模普及。 NAND 閃存的缺點(diǎn)在于讀速度較慢，它的 I/O 端口只有8個(gè)，比 NOR 要少多了。這區(qū)區(qū) 8個(gè) I/O 端口只能以信號輪流傳送的方式完成數(shù)據(jù)的傳送，速度要比 NOR 閃存的并行傳輸模式慢得多。再加NAND 閃存的邏輯為電子盤模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在專門的存儲控制器，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞塊將無法修，可靠性較 NOR 閃存要差[12]。 相“flash存儲器”經(jīng)?？梢耘c相“NOR存儲器”互換使用。許多業(yè)內(nèi)人士也搞不清楚NAND閃存技術(shù)相對于NOR技術(shù)的優(yōu)越之處,因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下閃存只是用來存儲少量的代碼,這時(shí)NOR閃存更適合一些。而NAND則是高數(shù)據(jù)存儲密度的理想解決方案。 NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行,這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高,在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益,但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達(dá)到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。性能比較：flash閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行,所以大多數(shù)情況下,在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。執(zhí)行擦除時(shí)塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距,統(tǒng)計(jì)表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時(shí)),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣,當(dāng)選擇存儲解決方案時(shí),設(shè)計(jì)師必須權(quán)衡以下的各項(xiàng)因素。（1）NOR的讀速度比NAND稍快一些。（2）NAND的寫入速度比NOR快很多。（3）NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。（4）大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。（5）NAND的擦除單元更小,相應(yīng)的擦除電路更少。 FLASH在系統(tǒng)中的應(yīng)用 flash存儲電路 FPGA控制模塊FPGA通過I/O口輸出的數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器、模擬多路開關(guān)和FIFO的控制。其原理圖如下所示： FPGA控制模塊電路A/D的控制： FPGA輸出的RESET信號控制A/D的復(fù)位（低電平復(fù)位，設(shè)計(jì)中的RESET一直為高電平）、CS信號控制A/D的選通（低電平選通，設(shè)計(jì)中的CS一直有效）、RD信號實(shí)現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號的讀（低電平有效）、BYTE信號控制A/D轉(zhuǎn)換后的輸出方式（本設(shè)計(jì)中BYTE信號一直為低，即A/D的輸出形式為16位并行輸出）。開關(guān)的控制：FPGA通過輸出的使能信號EN和地址控制信號A來控制開關(guān)的選通即通路的選擇[13]。 FPGA工作原理可編程邏輯陣列器件是可以由用戶進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字集成電路，利用其內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)任何布爾表達(dá)式、寄存器函數(shù)。和一般的ASIC電路相比，可編程邏輯陣列器件具有設(shè)計(jì)周期短，修改方便的優(yōu)點(diǎn)。1985年，Xilinx公司推出了世界上第一款FPGA，此后，F(xiàn)PGA的發(fā)展非常迅速，形成了各種不同的結(jié)構(gòu)，目前主流的FPGA是Xilinx公司的產(chǎn)品。FPGA是在PAL,GAL,EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。通過編程可以立刻把一個(gè)通用的FPGA芯片配置成用戶需要的硬件數(shù)字電路，因而大大加快了電子產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。FPGA具有高密度，運(yùn)行速度快(管腳間的延時(shí)小，僅幾個(gè)ns)的特點(diǎn)。用它來設(shè)計(jì)數(shù)字電路可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮小數(shù)據(jù)規(guī)模，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性[14]。FPGA是由掩膜可編程門陣列和簡單可編程邏輯器件演變而來的，將它們的特性結(jié)合在一起使得FPGA既有門陣列的高密度性和通用性，又有可編程邏輯器件的用戶可編程特性。按FPGA的邏輯功能塊的規(guī)模和功能分類，F(xiàn)PGA可分為三大類：細(xì)粒度FPGA、中粒度FPGA和粗粒度FPGA。細(xì)粒度FPGA的邏輯功能較小，資源可以充分利用，但連線和開關(guān)多，速度慢；粗粒度FPGA邏輯功能塊的規(guī)模大，功能強(qiáng)，但資源不能充分利用。反熔絲FPGA器件可以稱為細(xì)粒度的產(chǎn)品，基于SRAM的FPGA器件多數(shù)屬于中粒度產(chǎn)品。根據(jù)編程方式FPGA器件基本可分為三種：基于反熔絲編程的FPGA、基于SRAM編程的FPGA、基于閃存編程的FPGA?；贏D7667采集芯片反熔絲編程的FPGA具有體積小、集成度高和高速度的特點(diǎn)，還具有加密、防拷貝、抗干擾以及不需外接只讀存儲器的特點(diǎn)，但只能一次編程，比較適合于定型產(chǎn)品。后兩種FPGA屬于可重復(fù)編程型FPGA，SRAM型FPGA的突出優(yōu)點(diǎn)是可反復(fù)編程，甚至能在系統(tǒng)運(yùn)行中改變配置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。Flash Memory型FPGA具有非易失性和重復(fù)編程的雙重優(yōu)點(diǎn)，但不能動(dòng)態(tài)重構(gòu)，功耗也較SRAM型FPGA高。從邏輯塊的構(gòu)造分類，F(xiàn)PGA的結(jié)構(gòu)有三種：查找表型、多路開關(guān)型和多級與或門型。Xilinx公司FPGA的邏輯塊構(gòu)造有查找表型和多路開關(guān)型，其中具有代表性的查找表結(jié)構(gòu)是Xilinx公司的XC系列FPGA，它的可編程邏輯單元是查找表，由查找表構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器，再由查找表來實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。Alter公司的FPGA器件，其邏輯塊構(gòu)造為多級與或門型，它的可編程單元是可配置的多路開關(guān)。利用多路開關(guān)的特性，對它的輸入和選擇信號進(jìn)行配置，接到固定電平或輸入信號上，實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。還有一種是采用多級與非門結(jié)構(gòu)的Alter公司的FPGA，在多級與非門結(jié)構(gòu)中，可編程邏輯單元是一個(gè)異或邏輯塊。查找表型的優(yōu)點(diǎn)是功能多，N輸入的查找表可以實(shí)現(xiàn)N個(gè)任意的組合邏輯函數(shù)。多路開關(guān)型的優(yōu)點(diǎn)是可以把大量的多路開關(guān)和邏輯門連接起來，構(gòu)成大量函數(shù)的邏輯塊。多級與或門型的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地將待反饋的輸出信號反饋到輸入端，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制邏輯和多個(gè)邏輯塊之間的級聯(lián)[15]。FPGA兼有串、并行工作方式和高集成度、高速、高可靠性等明顯的特點(diǎn)，其時(shí)鐘延遲可達(dá)納秒級，同時(shí)，在應(yīng)用芯片的設(shè)計(jì)中可以減少芯片數(shù)量，縮小系統(tǒng)體積，降低能源消耗，提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性。正是由于FPGA具有這些優(yōu)點(diǎn)，F(xiàn)PGA在超高速應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)時(shí)測控方面有非常廣闊的應(yīng)用前景.。在高可靠應(yīng)用領(lǐng)域，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，將不會(huì)存在類似于MCU的復(fù)位不可靠和PC可能跑飛等問題。FPGA的高可靠性還表現(xiàn)在，幾乎可將整個(gè)系統(tǒng)下載于同一芯片中，實(shí)現(xiàn)所謂片上系統(tǒng)，從而大大縮小了體積。與ASIC設(shè)計(jì)相比，F(xiàn)PGA顯著的優(yōu)勢是開發(fā)周期短，投資風(fēng)險(xiǎn)小、產(chǎn)品上市速度快，市場適應(yīng)能力強(qiáng)和硬件升級回旋余地大，而且當(dāng)產(chǎn)品定型和產(chǎn)量擴(kuò)大后，可將在生產(chǎn)中達(dá)到充分檢驗(yàn)的VHDL設(shè)計(jì)迅速實(shí)現(xiàn)ASIC投產(chǎn)。隨著大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯器件的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入“片上可編程系統(tǒng)”(SOPC)的新紀(jì)元：芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn):在SOC芯片上可以將微處理器、數(shù)字信號處理器、存儲器、邏輯電路、模擬電路集成在一個(gè)芯片上。而如果將可編程邏輯電路1P核集成到SOC芯片上則會(huì)大大提高SOC芯片的靈活性與有效性，并且縮短了SOC芯片的設(shè)計(jì)周期。因此國際各大公司都在積極擴(kuò)充其IP庫，以優(yōu)化的資源更好的滿足用戶的需求，擴(kuò)大市場。由此可見，F(xiàn)PGA不僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且其開發(fā)周期短、