[實用新型]基于PCI總線及CPLD遠程醫療前端數據采集卡

有效

• 申請號: 201420726806.4
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN204287837U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 胡勇;鄧金祥;宋致虎
• 申請（專利權）人: 成都安思科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種數據采集卡，尤其是基于PCI總線及CPLD遠程醫療前端數據采集卡。

背景技術

隨著生命科學和通信技術的發展.遠程醫療已成為目前國際上發展十分迅速的跨學科。而如何獲取遠程醫療前端信息是實現遠程醫療重要的步驟。遠程醫療前端信息包括一些實時的生物電信號(如ECG，EEG)、醫療數據(如血壓)及文字病歷醫院信息系統(HIS0)、醫療影像存儲與傳輸系統(PACS)等。生物醫學信號由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號所沒有的特點：1)信號弱，心電信號僅10～50微伏。腦干聽覺誘發響應信號小于1微伏；2)噪聲強，由于人體自身信號弱，加之人體又是一個復雜的整體，因此信號易受噪聲的干擾；3)頻率范圍一般較低，除心音信號頻譜成份稍高外。其他電生理信號頻譜一般較低；4)隨機性強，生物醫學信號不但是隨機的，而且是非平穩的。正是因為生物醫學信號的這些特點，使得生物醫學信號處理成為當代信號處理技術最可發揮其威力的一個重要領域。而數據采集是遠程醫療系統中的重要環節，當交流信號多時，僅僅靠普通MCU資源難以完成，普通數據采集卡不能實現多通道同時采樣及瞬態信號、圖像處理都要求幾MB/S甚至幾十MB/S的速度。而目前用于PC機的數據采集卡大部分是基于ISA總線的，其最大缺點是傳輸速度太低，不能實現實時傳輸。

實用新型內容

本申請要解決的技術問題是為了克服上述缺陷，提供一種基于PCI總線及CPLD遠程醫療前端數據采集卡。

為解決上述技術問題，采用的技術方案是：

基于PCI總線及CPLD遠程醫療前端數據采集卡，由多路選擇開關、可編程控增益放大器、運算放大器、A/D轉換器、外部儲存器FIFO、CPLD可編程邏輯控制器與PCI9054接口控制器、PCI總線構成，多路信號經多路選擇開關轉換后，經可編程控增益放大器放大，進入A/D轉換器后存儲到外部儲存器FIFO，在CPLD可編程邏輯控制器的控制下將信號數據送入PCI9054接口控制器內部的FIFO；A/D芯片為AD9042，CPLD可編程邏輯控制器采用芯片EPM7128，外部儲存器FIFO采用芯片IDT72V36110，可編程增益放大器采用PGA202，CPLD可編程邏輯控制器為EPM7l28器件，PGA202的AD0、AD1兩引腳接人CPLD的Y0口。

本實用新型的有益效果是：這個采集卡采用PCI+CPLD的模式實現了對高速、大容量傳輸流的實時處理，可以將患者的生命信息傳給遠端的專家及時得到治療和診治，PCI總線保證了信息可以在足夠的帶寬下進行傳輸，CPLD可以保證電路穩定工作，因此。本系統具有使用靈活，電路可靠等特點。

附圖說明

圖1是高速數據采集卡的系統框圖；

圖2是外部儲存器FIFO?IDT72V36110的內部結構圖；

圖3是CPLD可編程邏輯控制器EPM7128的內部電路結構圖。

具體實施方式

高速數據采集卡的系統框圖如圖1所示：從系統框圖中可以看出，本數據采集卡由多路選擇開關、可編程控自動增益放大器、信號運算濾波放大、信號采樣、數據儲存、邏輯控制與PCI接口等部分組成。信號放大是對輸入信號進行調理以滿足采樣的要求。信號濾波是防止信號產生”混疊”現象，信號采樣是完成模擬信號的數字化。與主計算機的高速數據傳輸接口是滿足信號檢測的實時性，將PCI9054處理的數據傳給計算機以進行進一步的處理。采集卡采用DMA+FIFO的高速傳輸方式，其中多路信號通過多路轉換，經過程控放大，調理成ADS認可的模擬信號，進入AD采樣后，存儲到外部的存儲器FIFO。待外部的FIFO半滿以后。在邏輯時序控制下實現FIFO邊讀邊寫。將數據送入PCI總線控制器PCI9054內部的FIFO。待內部FIFO滿以后。由9054采用DMA突發方式傳輸至內存。這期間數據采集不中斷，稱為零狀態等待，從而實現連續的實時數據采集和實時數據處理。另外在A/D的數字輸出，FIFO的輸入輸出都集中到CPLD的引腳上，節省了鎖存器，增強了數據處理的靈活性。本數據采集卡由一A/D芯片AD9042、邏輯控制芯片EPM7128、FIFO芯片IDT72V36110，PCI總線控制器(PCI9054)組成。由于FIF0的儲存空間有限。它只能用作數據緩存，不能儲存大批量的數據，所以必須保證PCI讀取數據的速度稍大于模數轉換的速度，最大時鐘頻率是32MHZ。本系統采用32位的DMA傳輸，對于12位的轉換精度的模數轉換芯片，選擇了AD9042，既可以交流接入也可直流接入。程控放大器的作用是對模擬輸入信號進行調理.以便充分利用A/D轉換器的輸入電壓范圍。也就是說，為了能充分利用A/D轉換器的分辨率，即轉換器輸出的數字位數，應把模擬輸入信號放大到與A/D轉換器滿量程電壓相應的電平值。一般多路數據采集系統各通道的模擬信號電壓可能有較大差異，因此，最好是對各通道采用不同的放大倍數進行放大，即放大器的放大倍數可以實時控制改變。采用精密的可編程增益控制儀表放大器PGA202，具有較高的共模抑制比，單位增益寬為1MHZ，將這AD0、AD1兩引腳接人CPLD的Y0口能實現CPLD對PGA202的控制，節省了機板空間。系統采集的數據常常放在數據緩存器中，而數據緩存區要求既要有與AD芯片的接口，又要有與系統PCI接口以提高數據吞吐率，存儲模塊必須有讀和寫同時進行的能力。FIFO的數據是依次存入和讀出的。為了最大限度的利用PCI接口和達到很高的傳輸率，此本模塊采用大容量高速FIFO芯片IDT72V36110作為數據緩存區，該芯片可以工作在133MHZ的頻率下，零延遲傳輸，可以提供9位、18位、36位輸入、輸出接口，其存取時間為7.5ns。其具體結構如圖2。Altera公司的MAXT00系列是工業界中速度最快的高集成器件系列，本采集卡用MAX7000S中EPM7l28器件作為CPLD。EPM7128在本系統的功能為：產生選通多路模擬開關各通道的信號，實現各通道自動切換，；產生與多個串口信號的邏輯控制功能；產生控制頻率信號輸出的控制信號。PCI9054是PCI總線接口芯片，低功耗，采用了先進的PLX數據管道結構技術，可以使局部總線快速轉換到PCI總線上。