硬件组成 - 基于FPGA的飞机电源参数测试设备的设计与实现

　　2.2 硬件组成

　　传感器主要用于交直流电流的变换，本测试设备的被测试信号包括电压信号和电流信号，电压信号直接分压后进入测试设备，以增加系统的带宽，改善系统的动态性能；电流信号由电流传感器变换后进入测试设备。

　　为了提高抗干扰性能和动态性能，选用霍尔电流传感器，将交直流电流转换成200mA 以下的交直流小电流输入到信号调理设备。

　　信号调理设备完成信号的调理，主要包括电压信号的衰减、电流-电压信号的转换、交、直流电压畸变信号和交流电压直流分量的调理等功能。调理后的模拟信号送入数据采集设备进行采样。

　　采集器为3U CPCIE 机载计算机，主要包括CPU 卡、电源数据采集卡、IRIG-B 时码卡、429 总线卡、以及SATA 扩展口，其组成如图2 所示：

　　

　　图2 采集器组成结构图。

　　本采集设备主要用于捕获飞机电源系统的负荷突变、电压突变，属于偶发现象，电源突变频谱成分高，需要非常高的采样率。

　　CPCI 电源数据采集卡是本设备的核心关键部分。选用16位高精度数据采集卡，板卡有12 个同步采样通道，每个通道有独立8 档程控增益放大器、抗混迭滤波器、过零比较器、16 位A/D 转换器和12 通道共享的内置192 核DSP 的FPGA 芯片组成。有效提高了带宽，满足板上所有通道同步采集的数据传输的需求。主要功能框图如图3 所示：

　　

　　图3 CPCI 电源数据采集卡功能框图。

　　信号经过滤波放大之后，通过A/D 采集；采集结果进入FPGA，FPGA 完成大部分的数据处理，将半成品数据的结果通过高速接口PCIE 总线上传给上位机，上位机完成最后的数据处理。FPGA 的主要功能包括：光纤通道（FC）数据接收、时统功能、背板ASB 总线提供100MHz 的时间标记、数据分析处理（过零点发现、数字滤波、数字信号处理）、PCI-E 接口控制。

　　系统采用IRIG-B 时码同步机制，通过以太网或PCM 数据将电源数据、异常事件信息发送到测试以太网上供地面数据预处理系统使用。