基于FPGA的高速数据处理系统设计
另外，比较各A／D转换器的复杂程度发现多通道(4路或以上)A／D由于其设计的多功能性，导致结构复杂，使用比较繁琐，而AD7356采用16引脚的TSSOP封装，外围电路简单。另外该A／D采用单2．5 V供电，可与FPGA共用电源，使系统的供电系统简洁。而高速A／D转换器的输入是差分式，如图2所示，使用AD8138单端至差分转换驱动AD7357的差分输入。
系统中有模拟地和数字地之分，同时A／D转换器由于其特殊性，处于模拟地和数字地之间，所以对于AD7357的管脚连接应注意。AD7357的REFA和REFB管脚需要通过10μF的退耦电容连接到REFGND管脚，而REFGND管脚则需要连接到AGND管脚。而A／D转换器要求AGND和DGND之间
的电平相差不能超过0．3 V，所以需要将AGND和DGND连接起来。为了避免模拟电路和数字电路之间的干扰，一般情况需要对地分割，但是本系统有多个A／D转换器，所以使用统一地，通过对器件合理摆放来减小模拟和数字电路间的干扰。
2 数据处理设计
2．1 数据处理结构
本系统的数据处理结构如图3所示，首先是采集一定长度的信号存储到双口RAM中，然后经过扰动识别决定是否需要进行扰动定位计算。由于扰动识别和定位计算需要将采集到的数据保存到数据处理完毕，所以FPGA中的双口RAM要有足够的空间，在数据处理的同时继续存储采集到的数据。而在工作时，由于采用了高速的AD7356，最高采样速率可以达到5 M／s，所以要求扰动识别和定位计算速度足够快。
扰动识别部分由于采用的是平方后积分并与阈值比较的模式，属于顺序计算，耗时不多，数据处理耗时的主要部分是扰动定位计算。扰动定位计算采用的是相关计算，其所消耗的时间在计算速度一体成型电感固定时，由数据长度L和相关长度(移位次数)n决定。进行一次相关计算的计算量为Ln次乘法和(L-1)n次加法。
在FPGA数据处理方面，当资源成本为主要制约时，根据速度要求，采用串行结构实现或DA结构实现；当速度成为主要制约时，则根据资源成本因素，采用并行结构实现或DA结构实现。而DA结构主要是通过对资源合理的利用来减小资源的空闲时间，从而插件电感器提高系统的速度。但是对于本系统，在计算过程中各资源几乎是在全速运行，DA结构并不能提高系统的速度，所以需通过并行结构(图4)来提高系统运行速度。通过图4可以看出，如果采用串行结构，整个相关计算由1个XtremeDSP Slice(或者1个单核处理器)完成，每完成一次互相关运算，整个数据段移位一次，共移位n次。因此为了及时处理采集到的数据，串行结构的计算速度至少是采集速度的n倍(根据传感长度不同，n最大可达2 500)。而AD7356最高采样速率可以达到5 M／s，因此计算速度过快，单个XtremeDSP Slice不可能完成。而如果采用s个XtremeDSP固定电感器价格 Slice并行结构，则一次互相关计算相当于串行结构时的s次互相关计算，而本来需要移位n次完成的计算，现在只需要m(图4中变量m=n／s)次移位，每次移位s，即可完成。因此，每个XtremeDSP Slice的计算速度为采集速度的m倍，可以有效减少对计算速度的要求。
2．2 仿真实验结果
为了比较串行结构和并行结构的计算速度，在Xilinx 7．1ISE平台中(Virtex-4器件的最低版本要求)，选用Virtex-4系列的XC4VSX25器件，用Verilog HDL语言设大电流电感计串行结构和并行结构，并在ModelSim中对两种结构进行仿真比较。由于仿真时间长度的限制，采用5位128长度的三角波模拟采集到数据，并将XtremeDSP? Slice的计算速率设定在250 M／s，仿真波形结果如图5所示插件电感。
从图5中可看出，采用串行结构，计算耗时约为15．8 ms，而采用4个XtremeDSP Slice的并行计算结构，计算耗时约为4．2 ms。从仿真结果的比较可知，串行结构耗时约为并行结构的4倍。因此，在本系统中并型结构的计算速度是正比于并行度的，这与理论上并行计算可以成倍减少计算时间的分析一致。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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