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  • 是德科技携手默升科技,为 400GE 至 100GE 数据中心测试解决方案提供 PAM-4 至 NRZ 信号转换技术

    2020年 5月28日,北京 —— 是德科技公司近日宣布推出全新测试解决方案,帮助数据中心运营商经济高效地利用 400GE 测试端口连接和测试传统的 100GE 网络设备。是德科技是一家领先的技术公司,致力于帮助企业、服务提供商和政府客户加速创新,创造一个安全互联的世界。 新测试解决方案由是德科技的 Ixia AresONE 400GE 高性能第 1 至 3 层测试系统组成,该系统以 4 电平脉冲幅度调制(PAM4)信令为基础,能够利用默升科技(Credo)的 HiWire™ 有源电缆(AEC)技术连接到传统的 100GE 非归零(NRZ)网络设备端口。这一合作能够促进实现信令速率切换和前向纠错(FEC)转换。 数据中心运营商已经广泛部署了基于 100GE NRZ 的成熟技术,而 400GE 等更高速技术的出现,将会使数据中心变成一个包含混合信令、混合 FEC 及多种速率的新环境。这给运营商整合基于 PAM-4 的 400GE 和 100GE 新交换机端口技术与基于 100GE NRZ 信令的现有交换机端口技术带来了独特的挑战。 是德科技与默升科技携手推出的综合测试解决方案解决了 PAM4 编码信令与 NRZ 编码信令不兼容的问题,使运营商能够摆脱测试配置的限制,显著改善整体性能验证和质量检验能力。AEC 电缆技术只需执行必要的转换,便能支持 PAM4 编码端口与 NRZ 编码端口的互操作。该解决方案支持通过一个 400GE QSFP-DD PAM4 端口以 4x100GE 速度模式测试四个 100GE NRZ 端口。 是德科技网络应用与安全事业部产品开发副总裁 Ram Periakaruppan 表示:“数据中心运营商面对的环境极其复杂,需要充分利用现有投资来满足未来需求。Ixia AresONE 400GE 测试系统在高密度 100GE 测试台中可以支持默升科技的互连技术,使数据中心运营商使用 400GE PAM-4 端口不仅能够满足未来需求,同时还能加速验证 100GE NRZ 设备和网络基础设施。” 这个综合解决方案包含 Credo HiWire AEC,可以灵活地配置网络机架设备。数据中心运营商只需安装 400GE 端口,并可根据需要随时将其连接到传统的 100GE NRZ 端口,通过结合使用 Ixia AresONE 400GE 和 Credo HiWire SERDES 速度切换以及 PAM4 至 NRZ 转换技术完成测试。与采用光收发信机技术的同等配置相比,测试成本得到极大降低。是德科技和默升科技均为 HiWire 联盟成员,该联盟是一个非营利性组织,专注于在类似应用中推广 AEC。 默升科技业务开发副总裁 Jeff Twombly 表示:“是德科技的 Ixia AresONE 400GE 测试解决方案具有每端口 4x100GE 的扇出能力,其规模和性能能够满足验证多太比特分布式分解机箱网络的需求。看到是德科技利用我们的 HiWire AEC 互连解决方案推出这个业内领先的创新数据中心解决方案,我们感到非常荣幸。”

    时间:2020-05-28 关键词: 数据中心 nrz 信号转换

  • MAX232和PL2303、CH340的区别

    MAX232和PL2303、CH340的区别

    原理:单片机的TXD、RXD是TTL电平,所以你得万变不离其宗的将其它信号转成TTL电平,只有这样给单片机下载程序才有可能成功!其中CH340、PL2303等芯片是直接将USB信号转换为TTL电平或者TTL电平转换为USB信号,而MAX232等芯片是将TTL转换为RS232信号或者将RS232信号转换为TTL. MAX232:外围电路简单,但是占用pcb面积大,不美观 PL2303:水货多不稳定,外围电路复杂,成本低 CH340:稳定,外围电路简单,成本相对高 CH340典型电路图 计算机和MCU通信的方法: 1.只有串口接口的台式机(很老) 交叉串口线>>>MAX232芯片>>>MCU(单片机) 2.既有串口接口又有USB接口的电脑(台式机) (1)电脑串口接口>>>交叉串口线>>>MAX232芯片>>>MCU(单片机) (2)电脑USB接口>>>USB转串口线>>>MAX232芯片>>>MCU(单片机) (3)电脑USB接口>>>USB2.0数据线>>>PL2303或CH340>>>MCU(单片机) 3.只有USB接口的电脑(笔记本) (1)电脑USB接口>>>USB转串口线>>>MAX232芯片>>>MCU(单片机) (2)电脑USB接口>>>USB2.0数据线>>>PL2303或CH340>>>MCU(单片机) 计算机和MCU通信的原理: (1)交叉串口线原理:信号线交叉,导线作用 (2)USB转串口线原理:USB接口>>>PL2303或CH340>>>MAX232>>>9针接口 (3)USB2.0数据线原理:信号线直连,导线作用 信号分析: 电脑串口接口>>>电脑输出232电平信号>>>MAX232芯片>>>TTL电平 电脑USB接口>>>电脑输出USB电平信号>>>USB转串口线>>>232电平信号>>>MAX232芯片>>>TTL电平 电脑USB接口>>>电脑输出USB电平信号>>>PL2303或CH340芯片>>>TTL电平

    时间:2019-06-02 关键词: 通信 串口 基础教程 信号转换

  • 电机驱动集成的故事

    电机驱动集成的故事

    作者:Wenjia Liu就像每个MOSFET需要一个栅极驱动器来切换它,每个电机后面总是有一个驱动力。根据复杂程度和系统成本、尺寸和性能要求,驱动电机的方式多样。最简单和离散的解决方案是由两个晶体管组成的图腾柱/推挽电路。这些晶体管可以是NPN和PNP晶体管的不同组合,产生将输入逻辑信号转换为高电流信号的放大器,其反之又导通和关断MOSFET和IGBT。在图1中,连接了发射器,提供放大输出以驱动FET。这种解决方案已广泛用于许多不同的应用,包括电动机驱动,主要因为其成本低并易于使用,但仍然存在一些限制和缺点。图1:典型的推挽/图腾柱栅极驱动电路例如,晶体管会发热,在一些系统中引起散热问题。或者两个晶体管都短暂接通,导致电路直通。对于PCB空间有限的应用,图腾柱电路不是理想的选择,因为它需要多个组件来实现栅极驱动功能。对于更高的输出电压,图1所示的解决方案需要额外的电平移位电路,以便在使用仅提供5V或更低电压的控制器来驱动开关时,实现输出和输入上的电压电平。晶体管和电平移位电路增加了图腾柱电路解决方案的物料清单(BOM)数量和所需的印刷电路板(PCB)空间。栅极驱动器集成电路(IC)可以解决这些问题。栅极驱动器IC实现与图腾柱电路相同的功能,但有许多额外的好处:栅极驱动器IC节省了空间和资源,因为它将所有组件集成到单个封装中。因此,物理尺寸较小,设计更直接,装配更容易。栅极驱动器IC简化了电路板布局,减少了设计不确定性,因为数据表具有所有规格。驱动电流不限于输入基极电流和增益,因此驱动能力更强,从而减少开关损耗并提高效率。欠电压锁定(UVLO)和“防直通”等保护功能提高了系统的鲁棒性。虽然图腾柱电路是作为一种成熟解决方案已流行多年,但现代和未来的系统需要更高的集成度和更高的性能。随着半导体技术的进步,栅极驱动器IC的成本已可与分立电路相比,这使得IC解决方案对于大多数应用而言更具吸引力和可行性。TI提供广泛的栅极驱动器产品组合,适用于几乎所有市场和应用。TI的栅极驱动器支持非隔离解决方案的电压高达620V,隔离解决方案的电压高达5kV。LM5109B是低于100V的电机解决方案的通用解决方案。有关更多详细信息,请参见TI栅极驱动器页。若您喜欢集成度更高的解决方案,那么系统级解决方案不仅提供栅极驱动能力,而且还具有MOSFET、片上通信以及不同级别的保护和控制,所有这些都集成在一个芯片中。这些解决方案进一步减少物理尺寸和设计不确定性。例如,TI的DRV8xxx系列是用于有刷直流、无刷直流和步进电机的通用解决方案。有关详细信息,请参阅TI电机驱动器页。所有选项都有其优缺点,需要选择最适合您系统的选项。使用TI提供的各种解决方案开始设计,您会找到正确的解决方案。

    时间:2019-01-09 关键词: 电源技术解析 栅极驱动器 信号转换

  • 一种基于频率/电流转换的4~20 mA电路设计

    摘要:探讨了3种实现4~20 mA电路的方案,比较了其优缺点;重点介绍了利用LM331实现频率/电压转换;再利用运放和三极管构成恒流电路,将电压转换成电流;实现4~20 mA输出的频率/电流转换的工作原理,并且给出了具体器件参数和控制程序,验证了相关数据。本电路简单、实用,成本低廉,可广泛应用于单片机、PLC等控制系统中。 在工业现场,电压输出信号通过传输线实现信号传输时,由于传输线会受到噪声的干扰、分布电阻产生电压下降等原因,电压信号传输受到很大限制;而电流由于对噪声不敏感,所以电流输出信号因其较高的抗干扰能力而被广泛用于工业仪表信号的输出。 4~20 mA电流环用4 mA表示零信号,用20 mA表示信号的满刻度,而低于4 mA或高于20 mA的信号用于表示异常,因而很容易区分环路断路(0 mA,故障状态)与传感器的零输出(4 mA)。因此研究和应用4—20 mA电路,无论是作为传感器信号远程传输,还是微机的远程控制,都具有非常大的实用价值。 1 4~20 mA电路实现方案 1.1 专用芯片AD421方案 AD421是ADI公司生产的一款环路供电型、16脚封装高性能4~20 mA数,模转换器;采用标准三线串行接口,最高速率达10 Mbit/s;∑△DAC结构,可实现16位分辨率,其积分线性误差为±0.001%,增益误差为±0.2%;其典型应用如图1所示。     方案优点:能直接产生所需4~20 mA电流,精度高。缺点:芯片价格昂贵,其中MOS管、器件参数要求高,应用工艺复杂,电流的环路必须是浮地,否则电流环路将无法形成。 1.2 数/模转换+压控恒流转换方案 单片机应用系统中,模拟量输出的典型方案是利用数/模转换芯片,一般往往选择并行的DAC0832作D/A转换器,但常用D/A芯片直接输出的都是电压信号,需进行V/I变换,才能得到所需的电流信号,其典型应用如图2所示。     方案优点:转换速度快、响应灵敏。缺点:与CPU间连线多,较适应于单片机应用系统;压控恒流电路实现复杂。 1.3 F/N+V/I即F/I方案 单片机、PLC等控制设备,都可非常容易输出不同频率的方波信号,甚至PWM信号。利用F/V芯片将不同频率转换成相应的电压,再利用V/I电路,将电压转换成电流,即可达到频率/电流转换4~20 mA电流输出目的,其结构图如图3所示。     方案优点:频率信号可以方便实现光耦隔离,从而提高整个系统的抗干扰能力;对控制器要求更宽。缺点:转换速度相对较慢。 2 F/I工作原理及分析 2.1 F/V转换电路 LM331是美国NS公司生产的、含有温度补偿能隙基准电路的8脚集成芯片,能实现V/F变换和F/V变换,其动态范围可达100 dB,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1 Hz时尚有较好的线性;只需接入几个外部元件就可实现频/压或压/频转换,实现类似于D/A或A/D所需的功能。F/V转换原理图如图4所示。     输入频率信号Fin经R1、C1组成的微分电路,加到LM331脚6(内部输入比较器的反相端),电阻R2、R3分压电压加到脚7(输入比较器的同相端)。输入信号Fin下降沿经微分电路产生的负尖脉冲,控制内部电流源I对电容CL充电,充电时间由电源VCC通过电阻Rt对电容Ct构成的充电回路的充电时间常数决定,此平均充电电流如式1所示。 CL平均充电电流=Ix(1.1RtCt)×Fin (1) 当电容Ct电压达到内设2/3VCC时,在内部电路控制下,CL开始通过RL放电,其平均放电电流如式(2)所示。 CL平均放电电流=Vo/RL (2) 电阻R6和多圈电位器W1构成的总电阻Rs可改变内部电流源I值大小,其值如式(3)所示: I=1.90/Rs (3) 当CL充放电平均电流平衡时,所得输出电压Vo如式(4)所示: Vo=Fin×(2.09RLRtCt/Rt) (4) 可见,当电阻RL、Rt、Rs和电容Ct值一定时,输出电压Vo与输入频率Fin成线性关系。 2.2 V/I转换电路 TLC2712是一款输入阻抗达1012Ω、低功耗、单电源、双路运算放大器,利用其可以大大提高系统控制精度,具体V/I转换原理图如图5所示。     运放U1A构成同相缓冲器,目的是减小LM331输出信号与后续V/I电路之间的影响,根据运放特性,其Vout等于Vo。 R10与E2构成低通滤波器,减小信号纹波对V/I转换的影响;运放U1B与T1构成恒流电路,根据相关原理,可得: ∵Ve=Vref=Vout=Vo,Ie=Ve/Rref ∴Ie=Vo/Rref (5) 由于T1的基极电流极小,可忽略其影响,则输出负载恒流电流Iout≈Ie。 将式(4)代入式(5),最终实现F/I转换公式为: Iout=Finx(2.09 RL Rt Ct/Rs/Rref) (6) 若要提高控制精度,必须选择高精度、高稳定性元器件; 同时合理选择器件参数,则可实现4—20mA电流输出。 3 实验研究 利用单片机可实现比PLC频率更宽、精度更高的方波或PWM信号,便于进行系统数据测试。 C8051F120是一款增强型51内核的单片机,其最高工作频率达100 MHz,内集成一个可编程计数器阵列PCA,16位PCA可实现边沿捕捉、软件定时、高速输出、PWM等工作方 式。 本系统利用PCA产生方波信号,变量PWM tounterH、PWM_tounterL存放频率半周期数据,改变其值可控制方波的频率,其中断服务源程序如下,测试所得数据如表1所示;         测量数据显示,符合信号传输4~20 mA电流范围的要求。 4 结束语 由于LM331进行F/V转换时存在一定非线性,但只要对4—20 mA进行分段处理、补偿修正,则可提高系统的信号传输精度。本方案已在污浊度检测系统中得到了应用,控制效果良好。 本F/I方案不仅适用于单片机系统,还适用于PLC等控制器,成本低廉、应用灵活,并且可以方便进行电气隔离,从而提高整个系统的可靠性。

    时间:2016-02-19 关键词: ma 信号转换 lm331 4~20 频率/电流

  • 基于LPC2294的泵舱信号转换电路设计

    摘要 提出了一种泵舱信号转换电路的设计,将船用泵的压力值通过压力传感器发送给控制芯片LPC2294。再经对数据的打包封装,通过以太网控制芯片将数据发送至以太网。此外还给出了转换电路的硬、软件设计流程,并经过测试实验证明其的有效性。该设计对于船用泵压力异常状态具有良好的预警作用,实现了船员的远程监控要求。 近年来,中国航海事业快速发展,船舶安全也日益成为倍受关注的问题。据统计,自上世纪80年代以来,爆燃和火灾造成的海难事故比重平均每年递增1%,在我国每年的海难事故近千起,其中因船舶起火和爆炸造成的损失约占10%,造成了重大经济损失和人员伤亡。 作为船舶的重要组成部分,泵舱内的各类船用泵的状态直接影响着船舶的正常运作,而船用泵的压力值则是各项船用泵状态参数中最具代表性的一种。借助于现代传感器技术的普遍应用,其能代替轮机员正确地实现对机舱中的主辅机等设备和各系统的巡视管理和控制。 本文提出一种基于LC2294处理器的泵舱信号转换电路,实现了对3路4~20 mA电流信号的采集处理,并将4~20 mA电流信号转化为0~1.6 MPa压力信号,当压力信号超过设定门限后进行压力超限光报警,转化误差≤0.01 MPa,同时将压力数据通过10/100 Mbit·s-1自适应双冗余以太网上传到上位机,数据发送频率≥5次/s。 1 信号转换电路设计 图1所示为本转换电路设计与实现的整体方案框图,其中LPC2294作为信号转换电路的主控制器,扩展了两个10/100 Mbit·s-1自适应网卡接口,以μC/OS-II实时操作系统作为控制平台。对TCP/IP协议栈进行裁剪与实现,并通过软件设计完成了对压力传感器的数据接收转换以及通过以太网进行数据发送。 硬件电路设计主要有6部分:主控制电路、压力信号接收电路、模数转换电路、存储电路、以太网接口电路和辅助电路。 1.1 系统主控制器 本设计选用LPC2294处理器作为控制芯片。选择该芯片是因LPC2294具有超强功能、低功耗以及丰富的片上资源,并带有先进的验收滤波器,提供了系统的集成度和复杂度,保证了系统的稳定性。为确保系统对于堆栈和数据的存储,还外接了1 MB的16位SRAM存储器IS61WV1024 16BLL。SRAM存储器IS61LV102416BLL采用高性能CMOS技术,其具有低功耗,访问速度快,支持自动刷新和自刷新功能。 1.2 压力信号接收电路 为适应不同类型的压力传感器输出,本设计对每个传感器接口设置了两种接收电路并以跳线形式进行选择。压力传感器信号首先进入接收电路,将相应的电流信号转化为电压信号。在压力信号进行模数转换前,为了避免信号的相互干扰,保证测试设备和被测试设备的安全,需协调其之间的电位差,以提高共模抑制比,信号先经ISO124隔离运算放大器芯片,可将其他杂波干扰滤除,防止其在随后的模数转换过程中造成测量数据与实际真值的偏差。经ISO124的隔离净化,信号送入AD7888模数转换芯片将得到的模拟量转化为数字量。 1.3 模数转换电路 本设计中采用标准5 V电源对AD7888进行供电,并将已转换为电压形式的模拟压力信号分别送入模拟信号1~3引脚。由于LPC2294芯片的电平为3.3 V,而AD7888的电平为5 V。因此,LPC2294对AD7888的控制信号需要进行电平转换,这才能稳定的对AD7888进行控制。 设计中使用74LVC245进行电平转换,将来自LPC2294芯片的片选信号、时钟信号以及数据输入信号送入74LVC245,经电平转换后分别输入给AD7888。因LPC2294可承受5 V电压,所以将模数转换后的输出数据直接送入LPC2294的P0.28引脚。其具体电路如图2所示。 1.4 以太网接口电路设计 以太网接口电路主要由DM9000E以太网控制器及HR601860网卡变压器组成。DM9000E是由Davicom公司设计的一款低功耗、高集成、高速以太网控制芯片,其可与CPU直接相连,并支持10/100 Mbit·s-1以太网连接,且接口支持8位、16为32位不同的处理器。系统设计为两个网口,一个主网口,另一个为冗余网口。系统中LPC2294与DM9000E采用16位总线方式进行控制连接,并将其设定在100 MHz全双工模式下。通过对LPC2294的CS2、CS3引脚进行控制以实现输出片选信号对两个网口进行选择。电路设计方面将CS2、CS3与74HC245的引脚A2、A1进行连接,并将74HC245B1、B2引脚分别与冗余网卡芯片及主网卡芯片的ANE引脚相连。再将两个DM9000E芯片的CMD引脚与LPC2294的A2相连。可将主网卡芯片和冗余网卡芯片的数据端口地址与索引端口地址分别配置成为0x83800000、0x83800004和0x83400000、0x83400004。DM9000E的物理层发送和接收端口TXO+、TXO-、RXI+、RXI-分别与HR601680的TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-相连。如图3所示。 2 软件设计 系统在软件设计中主要进行了操作系统移植、TCP/IP的嵌入式开发环境实现及网络设备驱动程序开发等内容。由于传感器数据是一种少量实时数据,完整的TCP/IP在本系统中并不适用,所以对其进行裁剪来节省资源提高实时性。本部分主要对TCP/IP嵌入式开发环境实现与网络设备驱动程序开发进行简要说明,并对整体程序设计加以介绍。 2.1 系统相关数据报文结构 由于本系统主要是完成对泵组进行压力信息采集并通过以太网向上位机进行发送的过程,所以需处理的数据量较小,因此本泵舱信号转换系统采用自定义的UDP数据报文封装方式对所需传输的数据进行封装,并通过设定控制字来对不同功能的报文加以区分。 图4为自定义UDP报文的具体封装,其中前4字节为固定帧头信息,用以表示本系统内的数据报信息。除此之外,前20 bit还包括双方IP地址、序列号等基本信息,余下20 bit后的内容才是监测数据信息。自定义UDP数据报文的数据域主要是由多个信息单元组成的,具体信息单元结构如图5所示。 信息内容长度为8 bit,其中头6 bit分别以2 bit一组标识3组泵组压力的相关信息,每组信息包括泵组工作状态、通道工作状态以及泵组的实时压力数据,其余2 bit为保留字节。以前2 bit的信息结构为例,如图6所示。 字节0的0~1位表示4种泵组工作状态:泵组未启动(00)、泵组启动(10)、通道未使用实时压力信息置0(10)、通道自检故障实时压力信息置0(11)。 字节0的2~3位表示4种通道工作状态:自检正常(00)、自检状态故障(01)、采集信息超限报警(10)、通道处于检修状态(11)。 其余12位信息表示泵组实时压力,其他3组泵组信息结构与其相同。 2.2 TCP/IP协议栈的裁剪与实现 TCP/IP是目前应用最广泛的网络传输协议,虽该协议并不符合国际标准化组织的制定标准,但其无疑是世界上用户最多的计算机网络协议。TCP/IP是一个4层的协议系统,每个层次均具有不同的协议,实现不同的通信功能。在嵌入式应用环境下,TCP/IP仍保持着该结构,只是在具体协议的实现过程中,根据功能需要进行了相应的调整,可以满足设计需要即可。嵌入式应用环境下的TCP/IP协议结构及各协议间的关系如图7所示。 2.3 DM9000E驱动程序设计 作为以太网的控制器,以太网控制芯片DM9000E的工作就是对报文形式的封装和传输。具体的DM9000E驱动程序设计包括设备的初始化、发送程序设计和接收程序设计。作为以太网的控制器,DM9000E的工作就是负责上面介绍的报文形式的封装和传输。 对于DM9000E的初始化过程,首先调用预设的硬件初始化宏定义来完成各网口的硬复位,然后执行软复位的相关操作,如设置I/O模式、PHY寄存器及控制器工作状态等内容,并最终将MAC地址写入MAC寄存器并激活网卡,初始化过程完成。具体的软件设计流程如图8所示。 当应用程序需经过网络传递数据时,DM9000E配置相关寄存器的信息,并调用函数进行发送。设计时,设定DM9000E对于每包数据发送的最大尝试次数为6,当超过该值时就将该数据报丢弃。且DM9000E还支持双缓冲区发送,能有效提高网络传输数据率。另外,为了提高发送数据的实时性,可使用中断方式启动发送函数,由上层协议来调度。 DM9000E的数据包接收驱动程序相对于发送较为复杂,在设计过程中将代码放在临界段,以防止在接收数据时程序意外中断而产生数据包错误等结果。而实现临界段代码的一个重要手段就是任务锁,当任务上锁之后该进程不允许中断,直至代码运行结束后解锁。若DM9000E顺利接收到数据包,需判断数据的位模式,以进行不同的处理后写入内部缓冲区,若数据长度及状态均符合要求,通过调用以太网收包函数进行下一步处理。 2.4 程序设计 信号转换电路的主要功能是将压力传感器的数据接收并封装经网卡芯片发送至以太网。系统使用μC/OS-II实时操作系统作为系统平台,通过裁剪、移植使其在LPC2294控制器上顺利运行。此外,系统中移植了TCP/IP协议的核心功能函数,并主要编写了5个任务函数,使其完成整个系统的核心功能,并通过μC/OS—II系统的任务调度管理机制来进行系统资源的分配。 程序流程如图9所示。系统首先建立设备初始化任务TaskA(),该任务主要完成上电自检、网口断线自检、本机IP及两路网口等网关参数的初始化等。在完成上述工作后,创建4个子任务,按优先级由高到低依次为TaskB()、TaskC()、TaskD()、TaskE()。其中4个子任务的具体功能如下: TaskB、TaskC:分别接收来自上位机的以太网报文,其中TaskB接受UDP报文,TaskC接收TCP报文,并完成上位机对本模块的参数设置,如IP地址,端口号报文发送方式(UDP或TCP)等。 TaskD:完成接收3路压力传感器数据,并按照规定的传输方式,将数据封装并发送到以太网。 TaskE:主要功能是定时发送特殊报文,如心跳报文、时统报文、工作状态请求报文及设备诊断信息报文等。 3 实验测试 针对本泵舱信号转换电路的验证,采用模块调试的方式。首先进行硬件电路板的调试,然后进行软件部分不同模块的驱动开发和系统调试。对于A/D模块调试,采用给A/D采样信道一个电压值,用ADS1.2软件仿真的方法查看转换结果是否与理论值相符。测试时给输入通道0输入3 V参考电压,理论满量程为0x03FF,仿真结果为0x000003FA,其与理论值符合度较高。而对于以太网通信的调试,调试工具选用Tcp& Udp测试工具软件以及网络协议分析器EtherPeek NX工具对数据报进行捕捉分析。首先需对相关参数进行设置,设定系统端口号为9211,上位机端口号为9210。系统采用C类IP地址,统一子网掩码255.255.255.0,网关地址设置为192.1.103.1。本系统的IP地址为192.1.10 3.67,上位机的IP地址为192.1.103.66。通过对上位机发送的模拟数据进行数据报捕捉,如图10所示,数据信息经由自定义UDP报头、UDP协议、IP协议及以太网协议依次封装进行传送,具体的压力信息数据在信息单元后8 bit显示出来,并通过对数据的解析可知晓3组泵处于启动状态并自检正常。通过测试,验证了以太网通信的良好性能。 4 结束语 在对船舶安全关注度日益提高的前提下,本文提出一种船舶泵舱信号转换电路设计,该设计方便对船用泵的工作状态进行实时监测,以达到对异常状态的提前预警。设计以ARM7系列LPC2294为核心控制器,配合其他芯片实现了将压力传感器输出的压力数据通过网卡传送至以太网的通信功能。并通过实验验证了信号转换系统的可靠性。此外,针对自动化采集技术的误判问题,下一步的研究方向可将采集到的数据进行有效地数据融合,用以提高数据准确性,并减少误判的发生。

    时间:2014-09-14 关键词: lpc2294 μc/os-ii tcp/ip协议 信号转换 dm9000e

  • 设计任务与信号转换

    (1)对社会需求的分析研究 任何工业产品发展的前提都是社会的需求,所以在发展一种新产品之前应该仔细分析和调查有关市场需求情况,了解用户的要求往往可以形成改进某种产品的独特见解。每个型号的微小改进都应针对不同的需要对象;调查的结果应该得出生产年限、件数,制造经营成本等信息。 根据技术发展和社会需求的预测,将当代科学技术的新成就仪器化,推出性能好,功能全,具有世界先进水平的新型仪器,如电子学、光电子学、机械学和计算机科学与技术的发展,对于光电仪器的发展起着根本性的推动作用。往往要将使用者提出的要求转化成仪器的质量指标和设计参数。 (2)明确仪器在系统中的地位 一台仪器是整个系统中的一个小环节。仪器可能用于测量,也可能作为控制系统的一部分,要根据仪器在系统中的作用与地位确定其工作原理,质量指标(第1章列举的八项指标)及接口方式等。对于计量仪器,要了解它在国家计量检定系统中的位置,从而明确其质量指标及检定方法等。 (3)专利文献检索 ^ 专利文献检索的目的有两个,一是了解已有的技术方案及其专利特征。如果是已有专利申请的项目,就不必重新研究以免浪费资金,还要注意涉及侵权问题。另一目的是对现有技术的优缺点进行分析比较,结合自己的任务寻求新的技术途径。要确定出自己的设计特点,设法超过现有技术,甚至提出自己的专利特征。 涉及仪器范围的法规、章程,设计注册和商标等,是进行仪器总体设计时必须了解的内容,以使设计的仪器符合法规章程的要求,避免侵犯已有的注册和商标。 (4)正确进行科学实验 第1章中已明确说明了仪器设计的研究方法,如从整体上分析问题;综合应用有关技术;以点带面、举一反三;理论紧密联系实际。正确进行科学实验,是理论联系实际的重要环节,仪器设计要综合应用有关技术,但并不是用到的所有技术都是成熟的技术。由于应用场所、条件的不同,在某种场合是成功的技术,在另—场合不一定适用。除此之外,元件、材料参数不全;结构无法计算;原理方案是否正确;是否有其他问题,如干扰等;采用的技术措施是否有效等,都需要进行实验验证。科研样机是个全面的实验,应该在样机阶段对各个环节进行认真的测试和分析(如传热特性、热变形、力学特性、可靠性),并且根据测试分析结果进行改进,而不应该勉强开鉴定会,留下大量没解决的问题。两种不同的态度在市场竞争中会得到不同的结果。

    时间:2012-09-06 关键词: 信号转换

  • 一种数模信号转换的实际案例介绍(三)

    第6步:根据设计目标检查解决方案总噪声 充分了解所设计电路中的各种误差源是极其重要的。为了获得最佳SNR,我们需要写出前述方案的总噪声方程。方程如公式1: 我们可算出运算放大器输入端的总噪声,并确保其低于41.6 nV/rtHz,一如我们所预期的那样。方程如公式2: 为了在整个带宽上对总噪声进行积分,我们可看到在滤波器带宽上的ADC输入端的总噪声是3.05μV,低于设计所需的4.16μV。由于AD8641的转折频率低于100 Hz,故此例中的低频噪声(1/f)可忽略不计。程如公式3: 保持良好的信噪比需要关注信号路径中每一处细节的噪声,并有良好的PCB布局。避免在任何ADC下方布设数字线路,否则会将噪声耦合至芯片管芯,除非在ADC下方铺一个接地层用作屏蔽。诸如CNV或时钟之类的快速开关信号不应靠近模拟信号路径。应避免数字信号与模拟信号交叠。 公式1 公式2 公式3 第7步:运行模拟并验证 刚开始验证电路设计时,使用Pspice宏模型(可从ADI网站下载)比较合适。快速模拟显示出我们为解决方案所设计的信号带宽。图5显示了位于AD7685输入端可选RC滤波器之前和之后的响应。 如图6所示,10-kHz带宽上的总输出噪声接近31μV rms,略低于41μV rms的设计目标。在量产之前需要制作原型并验证整套解决方案。 图6 图3所示电路的噪声响应模拟 总结 如今许多设计要求低功耗、低成本,而许多系统既负担不起最昂贵的器件,也无法承受低噪声器件的更高功耗。为了从信号调理电路得到最低的本底噪声和最佳性能,设计者必须了解元件级别的噪声源。保持良好的信噪比需要关注信号路径每一处细节的噪声。通过遵循以上步骤,便可成功调理小型模拟信号,并使用超高分辨率ADC将其转换。 相关文章推荐: 一种数模信号转换的实际案例介绍(一) 一种数模信号转换的实际案例介绍(二)

    时间:2012-07-26 关键词: 案例 数模 信号转换

  • 一种数模信号转换的实际案例介绍(二)

    第4步:为运算放大器找到最大增益并定义搜索条件 有了ADC的输入电压范围将有助于我们设计增益模块。为了最大化动态范围,我们需要在给定的输入信号和ADC输入范围内选取尽可能高的增益。这意味着我们可以将该例子中的增益模块设计成具有10倍的增益。 虽然AD7685很容易驱动,但驱动放大器需要满足某些要求。例如,为保持AD7685的SNR和转换噪声性能,驱动放大器产生的噪声必须尽可能低,但要注意增益模块可同时放大信号和噪声。若要使得噪声在增益模块前后都保持不变,我们需要选择具有更低噪声值的放大器和相关元件。 此外,驱动器的THD性能应与AD7685相当,并且必须使ADC电容阵列以16位水平(0.0015%)建立满量程阶跃。来自放大器的噪声可使用外部滤波器进一步过滤。 运算放大器的输入端允许多大的噪声?牢记我们设计的总体解决方案的噪声密度不超过416 nV/rt-Hz。我们设计的增益模块应具有更低的本底噪声,系数为10,因为我们的增益为10。 这将确保来自放大器的噪声远低于传感器的本底噪声。计算噪声裕量时,我们可假设运算放大器输入端的噪声大致等于运算放大器的总噪声加上ADC的噪声。 第5步:找到最佳放大器并设计增益模块 知道了输入信号带宽后,运算放大器选型的第一步是选择一个具有合理的增益带宽积(GBWP)的运算放大器(GBWP),并且该放大器可以最小的直流和交流误差处理该信号。为得到最佳的增益带宽积,需要知道信号带宽、噪声增益以及增益误差。下文给出这些术语的定义。 一般而言,若想保持增益误差小于0.1%,推荐选用增益带宽比输入信号带宽大100倍的放大器。另外,我们需要一个可快速建立且驱动能力良好的放大器。 注意,我们的噪声预算要求运算放大器输入端的总噪声低于40.8 nV/rt-Hz,而ADC规定的指标为7.9-nV/rt-Hz。总结运算放大器的查找条件如下:UGBW》1MHz、5-V单电源、良好的电压噪声、电流噪声、THD特性、低直流误差(不降低ADC性能)。 搜索ADC时采用相似的查找方法,本例我们选出AD8641。AD8641为低功耗、精密JFET输入放大器,具有极低的输入偏置电流和轨到轨输出特性,可在5 V至26 V电源下工作。相关数据在下表中列出。我们可采用表中的元件值对运算放大器进行同相配置。 所有有源和无源元件都各自产生噪声,因此选择不降低性能的元件尤其重要。例如,购买一个低噪声运算放大器并在其周围放置大电阻就是一种浪费。牢记一个1 kohm的电阻器可产生4 nV的噪声。 图3 完整的解决方案 表1 图3所示的完整解决方案的元件值 图5 图3所示电路的带宽模拟 如前所述,可考虑在ADC和该增益模块之间使用一个RC滤波器,这样应该有助于缩小带宽并优化SNR。 相关文章推荐: 一种数模信号转换的实际案例介绍(一) 一种数模信号转换的实际案例介绍(三)

    时间:2012-07-26 关键词: 案例 数模 信号转换

  • 一种数模信号转换的实际案例介绍(一)

    振动、温度、压力和光等现实世界的信号需要精确的信号调理和信号转换,然后才能在数字域中进行进一步数据处理。 为了克服当前高精度应用的多种挑战,需要一个精心设计的低噪声模拟前端来实现最佳信噪比(SNR)。许多系统既负担不起最昂贵的器件,也无法承受低噪声器件的更高功耗。 本文提出了一种系统的方法来设计一个增益模块和ADC组合,并给出一个支持此方法的实例。在调理低频(接近dc)信号时,该电路进行噪声计算和分析。 设计模拟前端时,请遵循以下七个步骤: 1) 描述传感器或增益模块前部的电气输出 2) 计算ADC的需求 3) 为信号转换找到最佳ADC + 基准电压 4) 为运算放大器找到最大增益并定义搜索条件 5) 找到最佳放大器并设计增益模块 6) 根据设计目标检查解决方案总噪声 7) 运行模拟并验证 图1 典型信号调理链 第1步:描述传感器或增益模块前部的电气输出 信号可能直接来源于传感器,也可能在到达增益模块之前经过EMI和RFI滤波器。为了设计增益模块,必须知道信号的ac和dc特性以及可用的电源。知道了信号的特性和噪声电平后,我们就能知道选择ADC时需要何种输入电压范围和噪声电平。 假设有一个传感器,以250 mV p-p(88.2 mV rms)和25 μV p-p噪声的满量程幅度输出一个10kHz信号。我们进一步假设系统中有一个可用的5V电源。有了这些信息,我们应该能计算出第2步中的ADC输入端的信噪比。为简化数据处理和避免混淆,假设我们将该解决方案设计为在室温下工作。 第2步:计算ADC的需求 我们需要何种ADC、采样速率如何、多少位、噪声指标如何?若从第一步知道了输入信号幅度以及噪声信息,我们就能计算出增益模块输入端的信噪比(SNR)。我们需要选择一个有更佳信噪比的ADC。在选择ADC时,知道SNR将有助于我们计算有效位数(ENOB)。此关系表达式如下。 理想的ADC数据手册总会标出SNR和ENOB。此例中所需要的86.8 dB SNR和14.2位ENOB决定了我们应选择一个16位的模数转换器。此外,奈奎斯特准则要求采样率(fs)应至少两倍于最大输入频率(fin),因此一个20-kSPS ADC应该就已足够。下一步我们需要设计总体解决方案,使得噪声密度不超过416 nV/rt-Hz。 第3步:为信号转换找到最佳ADC+基准电压 有了一系列的搜索条件,我们就有许多种方法找到合适的ADC。要找到一个16位ADC,最简单的方法之一就是使用厂商网站上的搜索工具。输入分辨率与采样速率,就可找到许多推荐的ADC。 许多16位的ADC满足14.5位ENOB需求。如果您想得到更佳的噪声性能,可使用过采样迫使ENOB达到16位(由4^n过采样得到n位增强)。通过过采样,您可以使用较低分辨率的ADC:256过采样的12位ADC(4^4过采样)可得到16位噪声性能。 图2 典型的ADC选型表 在我们的例子中,这意味着5.126 MHz采样率的12位ADC(20 kSPS × 256),或是4^2过采样的14位ADC;若1.28 MSPS则更佳。然而这些选择的成本却和AD7685(16位、250 kSPS ADC)相当。 从列表中我们选择了AD7685(16位PulSAR ADC)。该转换器具有90-dB SNR和250 ksps采样率,符合我们的需要。此ADC推荐搭配使用ADR421/ADR431精密XFET基准电压源。2.5-V的输入范围超过了我们需要的250-mV p-p输入特性 AD7685参考输入具有动态输入阻抗,因此需进行去耦以使寄生电感最小(方法是在引脚附近放置一个陶瓷去耦电容,并用较宽的低阻抗走线进行连接)。一个22 μF陶瓷芯片电容可提供最佳性能。 相关文章推荐: 一种数模信号转换的实际案例介绍(二) 一种数模信号转换的实际案例介绍(三)

    时间:2012-07-26 关键词: 案例 数模 信号转换

  • 流量计信号转换电路

    流量计信号转换电路

    时间:2010-12-23 关键词: 电路 流量计 液体传感器 信号转换

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