論述了某能源組件氙燈放電電流波形采集系統(tǒng)的設(shè)計方法，介紹了大規(guī)模可編程門陣列（又稱FPGA）EPM9320GC280－15控制波形采集，及10MHz高速A／D轉(zhuǎn)換器件AD7825的使用方法。
???? 關(guān)鍵詞：能源組件，可編程門陣列FPGA，高速A／D轉(zhuǎn)換器件AD7825

1 引 言
　　一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由采樣／多路開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換電路、計算機(jī)I／O接口電路等組成。作為高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計，其主要考慮的是系統(tǒng)時序設(shè)計、放大電路的頻域特性、A／D芯片的選擇、數(shù)據(jù)緩存設(shè)計等問題。
　　考慮到本設(shè)計有10路數(shù)據(jù)輸入，500μs的數(shù)據(jù)采集時間，采樣速率高，須0．5μs采樣一次，因此決定不采用微處理器控制A／D變換器，而采用硬件直接處理來達(dá)到高速的目的。選用FPGA大規(guī)模可編程邏緝器件——ALTERA公司的EPM9320GC280－15提高響應(yīng)速度；選用ANALOGDEVICES公司的10MHz高速A／D轉(zhuǎn)換器AD7825來實現(xiàn)某能源組件氙燈放電電流波形的采集。
2　系統(tǒng)要求
2．1　系統(tǒng)條件
　　該能源組件氙燈放電電路主要包括預(yù)電離和主放電兩大部分。在預(yù)電離放電脈沖50μs后，主放電電路為氙燈提供脈寬為400μs的放電主脈沖。
2．2　技術(shù)指標(biāo)
　　系統(tǒng)工作電壓：23kV；主脈沖最大放電電流：15kA；峰值放電電流＞4．8 kA；氙燈放電回路路數(shù)：10路；放電電流脈寬：400μs±10％；放電脈沖形狀：工作在臨界阻尼狀態(tài)。
　　預(yù)電離電路工作電壓：23kV；預(yù)電離脈沖寬度：50μs；預(yù)電離相對主脈沖提前時間：120μs。
　　該能源組件氙燈放電電流波形采集系統(tǒng)必須具有強(qiáng)抗電磁干擾能力，在主脈沖放電1～2min內(nèi)，對10路氙燈放電電流波形能迅速響應(yīng)，將其準(zhǔn)確采集并存入主控臺數(shù)據(jù)庫。
3　芯片介紹
3．1　EPM9320GC280┐15簡介
　　EPM9320GC280－15內(nèi)含6 000個可用門，其引腳到引腳的最短傳輸延時為12ns，采用單＋5V電源供電，可通過JTAG接口實現(xiàn)在線編程，并帶有可供168個用戶使用的I／O腳（其中5個為專用輸入腳）。該器件采用PGA封裝。其中TCK、TMS、TDI、TDO、VPP為編程腳；GCLK1、GCLK2、GCLR、GOE為專用輸入腳；VCCINT、VCCIO腳接＋5V電源；GND接地；I／O為用戶可編程輸入輸出腳。在I／O腳作輸出使用時，可由用戶設(shè)定為0，1和Z三種狀態(tài)。

3．2　AD7825簡介
　　AD7825為高速420ns的8位A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，4通道可同時取樣輸入并保持放大。另有2位的通道地址選擇口A0～A2以選擇某通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)向外傳送。當(dāng)采用＋5V單電源供電時，其模擬輸入電壓在0～2．5V間取值。具有8位A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果并行接口輸出模式，采用DIP24形式封裝。
4　系統(tǒng)設(shè)計原理
4．1　原理框圖
　　圖1為采集系統(tǒng)原理框圖，大規(guī)模可編程門陣列EPM9320GC280－15和A／D轉(zhuǎn)換器AD7825為整個系統(tǒng)的核心。AD7825所需的時序脈沖均由EPM9320GC280－15產(chǎn)生，RAM存儲器DS1220所需的地址信號、讀寫信號及片選信號也由EPM9320GC280－15依據(jù)一定時序關(guān)系送出。由于是強(qiáng)電流的工作環(huán)境，因此，雖是感應(yīng)電流且加了屏蔽，但還需考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。設(shè)計中采用穩(wěn)壓管Z1～Z10作10路波形輸入的吸收回路，以消除線路浪涌干擾。

4．2　FPGA內(nèi)部電路的設(shè)計
　　圖2為EPM9320GC280－15的內(nèi)部邏輯電路。主要依據(jù)AD7825的模數(shù)轉(zhuǎn)換等時序關(guān)系，由以下6個功能模塊組成：啟動AD7825功能，讀寫數(shù)據(jù)功能，片選產(chǎn)生功能，通道選擇功能，AD片觸發(fā)轉(zhuǎn)換信號發(fā)生和地址位碼產(chǎn)生功能。另外采取鎖存及封鎖信號等方法來清除實際運(yùn)用時所出現(xiàn)的各種干擾。

4．3　FPGA仿真波形
　　EPM9320GC280－15的內(nèi)部邏輯電路各功能塊產(chǎn)生的仿真波形見圖3～圖8。首先，清零信號CLR將3片AD7825電路初始化，外部時鐘同步，地址計數(shù)器的地址清為零地址；同步信號TB控制3片AD7825分別對10路電流波形進(jìn)行100次采集并轉(zhuǎn)換，另由AD7825內(nèi)部產(chǎn)生信號EOC（指示每次轉(zhuǎn)換已結(jié)束），控制AD7825的數(shù)據(jù)向RAM存儲器DS1220內(nèi)存儲。（凡小寫信號為控制信號，大寫信號為受控信號。）
4．4　電流放電波形
　　圖9為根據(jù)該采集電路采集的100個數(shù)據(jù)所繪制而成的一個電流放電波形圖。因有總共10路放電回路，所以，每放1次電（即收到1個同步脈沖），需采集10組共1000個數(shù)據(jù)。
5　結(jié)束語
　　在實際運(yùn)用中，本設(shè)計的實用性與穩(wěn)定性得到了驗證。引入現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，可修改內(nèi)部程序及其邏輯功能，實時快速控制轉(zhuǎn)換，編程方便，可靠性高。另外，此控制電路采用2路供電方式：核心控制電路與外部輔助電路分別供電。核心電路EPM9320GC280－15與AD7825，由＋5V電源經(jīng)DC／DC隔離后供電；外部輔助電路由＋5V電源直接供電。這樣，既隔離了外部干擾，又保護(hù)了核心器件。 1　趙雅興．FPGA原理設(shè)計與應(yīng)用．天津：天津大學(xué)出版社，1999