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基于TLC5510的数据采集系统设计

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1 TLC5510简介

  TLC5510是美国德州仪器(TI)公司的8位半闪速架构。采用工艺,大大减少比较器数。TLC5510最大可提供20 Ms/s的采样率,可广泛应用于高速数据转换、数字TV、医学图像、视频会议以及QAM解调器等领域。TLC5510的工作电源为5 V,功耗为100 mW(典型值)。内置采样保持电路,可简化外围电路设计。TLC5510具有高阻抗并行接口和内部基准电阻,模拟输入范围为0.6 V~2.6 V。

  1.1 引脚功能描述

  TLC5510采用24引脚的贴片封装,其引脚配置如图1所示,各引脚功能描述如下:

  AGND:模拟信号地;

  ANGLOG IN:模拟信号输入端;

  CLK:时钟输入端;

  DGND:数字信号地;

  D1~D8:数据输出端。D1为数据低位,D8为数据高位;

  OE:输出使能端。OE为低电平时数据端有效,否则数据端为高阻态;

  VDDA:模拟电路工作电压;

  VDDD:数字电路工作电压;

  REFTS:内部参考电压。当内部分压器输出额定2 V基准电压时,该端短路至REFT;

  REFT:参考电压(T代表Top为2.6 V);

  REFB:参考电压(B代表Bottom为0.6 V);

  REFBS:参考电压。当内部分压器产生2 V的额定基准电压时,该端短路至REFB。

  1.2 典型应用电路

  TLC5510的基准电源有多种接法,根据不同场合选择适当基准电源,利用内部基准源,TLC5510典型应用电路如图2所示。由于其测量范围为0.6 V~2.6 V(即:TLC5510在转换时模拟输入0.6 V时对应数字输出00 000 000,2.6 V对应的数字输出11111 111),因此输入信号在进入TLC5510之前要埘其处理,要使该输入信号处于量程内,应加入一个1.6 V的直流分量。

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  2 基于TLC5510的设计

  2.1 两级采样

  TLC5510虽采样率高,但受干扰严重。基于上述特点,将TLC5510运用于宽频数字示波器的。为了提高抗干扰能力,专门设计一个有源晶振模块为TLC5510提供采样时钟,但导致采样率不可调。为了解决这个问题,采用两级采样。第一级采样为控制对外围的电信号高速采样,并将其采样保存到内部寄存器,该级采样率恒定不变,并由硬件设计实现;第二级采样为软件采样,即由采样控制模块从寄存器中提取第一级采集结果,该级采样率是可调的。

  2.2 等效采样

  根据奈奎斯特定律,采样频率高于信号频率的两倍就可恢复原波形。当采样频率等于或小于信号频率可采用等效采样,在不同周期获取不同相位的幅值,根据相位将幅值连续排列即可复原波形。

  采用内触发采样,即巾被测信号的某相位点位为触发,然后存储。其实现过程:每一个完整的采样需采集256个点,每一个采样点都是由相同电平触发,触发后启动内部的计数器,对高频脉冲记数,脉冲数不同,代表相位也不相同。经过256个周期,就可采集256个不同的相位点。

  3 基于的等效采样

  3.1 实现方案

  该系统没计采用延迟法来实现等效采样。如图3所示,设输入信号f(t)的周期为T(频率为f),若将f(t)的一个周期T以△t等分,在时间t1进行第一次取样,为了采集到下一个相位点,在时间t2进行第二次采样,tl~t2可相隔多个信号周期。假设m个,则相邻两个采样脉冲的时间间隔为(mT+△t)。如此类推,以下3个采样点则分别在t3,t4,t5时刻采样。在每个触发位置延时N△t(N=0,1,2,3…)后存储采样,即可合成一个完整波形。这种方法控制方便,通过完成整个触发、延时、采样和存储功能,但对触发电路和延时电路要求很高。

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  3.2 硬件电路设计

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