[實用新型]一種SCA多通道高速采集系統

有效

• 申請號: 201420028447.5
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN203775187U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 藍曉萍;王海偉;黃庚華;顏洪雷;舒嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本專利涉及一種多通道高速采集系統，具體涉及一種SCA（Switch?Capacitor?Arrays，開關電容陣列）多通道高速采集系統。

背景技術：

在全波形分析技術領域，與以往的單通道掃描體制相比，多通道陣列主動探測體制能夠快速形成高密度的三維點云，首先其數據獲取效率大大提高，其次可以滿足高速實時成像的特殊需求，同時成像分辨率也可以相應提高。無論對于激光主動遙感探測還是包括醫療影像及高能物理探測等其他領域應用中，這都意味著整機性能和經濟效益的提升。因為相應的集成陣列探測器APD、PMT陣列等在國外雖已開展研究多年但至今器件仍不成熟，而國內這方面更是沒有明顯進展。同時由于集成陣列探測器都是基于能量積分或基于飛行時間進行探測，獲取回波信息量有限，不能進行全波形探測和分析，所以基于多元集成的多通道探測方式是主要的發展趨勢。出于提高圖像分辨率、數據獲取效率、提高系統實時性等考慮，根據不同應用其對通道數有數十通道甚至數百通道的需求，多通道的全波形采集和分析系統成為其未來發展的決定因素。

而在多通道測量系統中，一致性問題是必須要解決的難題之一。傳統的多通道校準分為幅度校準、時間校準和同步性校準，傳統的方法為定標實驗法來解決，即多通道中各通道輸入相同幅度、相同周期以及相同延時關系的校準信號，在獲取多通道測量數據后經統計分析確定各通道的標定值，需要高精度的標定系統配合完成。但也存在以下問題：

（1）標定結果適用性差，在某條件下完成系統標定后，如果信號特征發生變化、工作溫度變化以及其他工作條件發生變化，標定效果都會變差甚至失效。

（2）標定過程復雜，為解決上述問題需要進行復雜的全工作條件（不同溫度、供電、信號特征情況下）標定，最終通過軟件查表插值修正來解決。從設計實現和實現過程角度出發復雜度均較高。測量儀器需要開機校準后才能使用，也需要經常性標定。

（3）基于軟件查表插值的系統標定誤差大，首先標定過程存在系統標定誤差，其次軟件擬合與實際工作條件也存在一定誤差。

多通道系統差的來源主要分為：1.測量器件差異（幅頻差異）；2.不同測量通道的差異（幅頻差異）；3.多時鐘相位誤差；4.印制板布線延時差異。前三者誤差項主要與系統設計和器件差異有關，隨工作條件不同會發生變化，無法通過單次標定解決，第四項誤差基本與工作條件不相關可以通過單次標定消除。

基于以上問題，本專利提出了一種基于SCA陣列的多通道時頻同步校準系統，該系統只需單次系統標定消除第四項誤差，其他誤差項通過在線實時校準完成對工作條件變化不敏感，也就意味著無需其他標定過程。同時，采用全同步設計，進一步降低系統誤差。

發明內容：

本專利的目的在于提出一種SCA多通道高速采集系統，解決多通道測量系統中，各通道輸入幅度、周期及延遲關系的信號不一致問題。

本專利的SCA多通道高速采集系統結構如圖1所示，包括：波形采集和測時模塊組件1和綜合處理器模塊2，其中：

所述的波形采集和測時模塊組件1由4個結構相同的波形采集和測時模塊組成，分別是1～4通道波形采集和測時模塊1-1、5～8通道波形采集和測時模塊1-2、9～12通道波形采集和測時模塊1-3以及13～16通道波形采集和測時模塊1-4；所述的波形采集和測時模塊如圖2所示，包括繼電器衰減網絡101、高速運放102、SCA芯片103、AD器件104、采集控制FPGA105以及專用測時芯片106；其中：

所述的繼電器衰減網絡101由繼電器和阻容衰減電路組合結構；

所述的高速運放102是寬帶全差動放大器和比較器組合結構；

所述的SCA芯片103是8通道、位數12bit、采樣率0.5～5Gsps的SCA芯片；

所述的AD器件104是8通道、位數14bit、采樣率50Msps的模數轉換器；

所述的采集控制FPGA105對SCA芯片103工作模式進行控制，選用型號為XC3S1000；

所述的專用測時芯片106是8通道，測量分辨率81ps，無測量范圍限制，200MHz峰值，40MHz持續測量頻率的時間測量芯片；

所述的綜合處理器模塊包括主處理器FPGA芯片201和DSP202，其中：

所述的主處理器FPGA芯片201是雙極型導電、半導體集成的FPGA芯片；

所述的DSP202是高性能、定點數字信號處理器，最高工作頻率為1.2GHz；

系統的工作原理如下：