摘要：详细介绍clc5958的内部结构和基本用法，提出一种基于fpga和pci总线的高速数据采集卡设计方案，并通过仿真验证了该方案的可行性。该采集卡的采集速度快，精度高，结构简单，扩展方便，抗干扰能力强，适宜和于高速智能仪器和其他数据采集场合。

关键词：clc5958；现场可编程门阵列；数据采集卡；pci总线

引言

随着信息技术的发展，基于微处理器的数字信号处理在测控、通讯、雷达等各个领域得到广泛的应用。被处理的模拟信号也在向高频、宽带方面发展，但这需要高速、高分辨率的数字采集卡以将模拟信号数字化。美国国家半导体公司新推出的系列高速、高分辨率模/数转换器（如clc5958）就非常适用于需要高速、高分辨率的信号采集系统。

用于pc的采集系统以前大多有用isa总线结构，这种结构的最大缺点是传输速率低，无法实现高速数据的实时传输。而pci总线则以其卓越的性能受到了广泛的应用。32位pci总线的最大传输数据速率可达132mb/s，64位pci总线的最大传输速率可达528mb/s。实际上，采用高性能的总线已经成为高速采集技术发展的趋势。

利用fpga（现场可编程门阵列）来连接高速a/d转换器和pc的pci接口，可以充分利用可编程器件高速、灵活、易于升级、抗干扰性能的优点，并且可以大大缩短开发时间[1]。

1clc5958型a/d转换器

本数据采集系统中的a/d转换器采用美国国家半导体公司的clc5958，该电路具有14位分辨率和52mb/s的转换速度，而且动态输入频带宽，转换噪声低，非常适合于宽带、高频信号的采集。clc5958集高保真采样保持器和14位多通道转换器于一体，其信号和时钟均采用差动输入方式，且内部集成有参考电压，可支持cmos和ttl双重输出标准。采用0.8μmbicmos制作工艺。clc5958的内部结构如图1所示。



clc5958的基本特性如下：

●具有极宽的动态输入范围；

●奈奎斯特滤波器特性卓越；

●取样保持能力强；

●采用48引脚csp封装；

●cmos、ttl输出可选；

●取样速度可达52ms/s，sfdr可达90db,snr可达70db。

clc5958可应用于gsm、wcdma、damps、精确天线系统等通讯领域。其工作时序如图2所示。但在具体应用时，应注意以下问题。

（1）由于ain和ain模拟量差分输入端可通过片内500ω输入电阻器接入，且内置3.25v标准参考电压。为了减小非线性输入的偏置电流，其输入耦合网络应尽可能接近电路。

（2）encode和encode为时钟差分输入端，其参考电源为vcc，时钟输入可以为pecl电平，也可以为其他波形（如直流为1.2v峰值在vcc以下的正弦波）。输入时钟的噪声超低，转换时的snr性能越高。但由于时钟输入采用非自偏置输入，所以每个输入信号必须指定“地”电平。

（3）该电路的噪声主要来自采样保持器的非线性特性和转换器，因此，通过变压器的磁耦合来传递输入信号可以有效减少低频噪声。输入时钟在电路内部被分频产生内部控制信号，但在分频过程中可能产生1/4倍和1/8倍的时钟噪声，这些噪声一般不大于-90dbfs。

（4）clc5958的内部电源由vcc供给，但是输出信号电源由dvcc供给（3.3v到5v均可），使用时，每一个电源引脚都必须接入相应的电平，且最好并接0.01μf的去耦电容器。

（5）该电路在高速采样时性能最好，如果采样速率过低，内部采样保持电路将会产生较大误差。

根据以上注意事项，给出clc5958在采样系统中的电路，如图3所示。

2fpga的内部设计

由于clc5958的转换速度高且控制操作简单，因此一般单片机因速度太低而很难控制该电路。如果采用高速dsp来控制，显然，对dsp超强的运算能力来说又是一种浪费。

现在市面上销售的各种pci接口控制电路，如果amcc公司的s5933及plx的9080系列等，虽然可以实现完整的pci主、从设备模式的接口功能，将复杂的pci总线接口转化为相对简单的用户接口，但系统结构受接口电路的限制，不能灵活地设计目标系统，且成本较高。本文所设计的数据采集卡则不需要完整的pci接口功能。

在高速数据采集方面，fpga具有单片机和dsp无法比拟的优势，fpga的时钟频率高，内部时延小，全部控制逻辑均可由