英創推出多通道并行采樣ADC工控主板
在電網監控、工業自動化和控制、故障錄波、多通道數據采集系統等應用領域都需要用到多通道同步采樣ADC。與低速AD相比，多通道同步采樣產生的數據量要大得多，以8通道16位同步AD為例，當采樣率為200kSPS時，每秒的數據量就超過3M字節。此外，多通道同步采樣除了最基本的精確采樣觸發信號需求外，更重要的是要求系統具有高速的中斷響應能力，這樣才能及時的將AD轉換結果從ADC芯片中讀走。同樣以200kSPS采樣率的AD轉換為例，要求系統能每5μs穩定可靠的響應AD中斷、讀取AD數據。常規的WinCE或Linux嵌入式操作系統幾乎完全無法滿足穩定的5μs中斷響應的性能要求，因此傳統的高速數據采集方案通常使用FPGA/CPLD對AD芯片進行直接操作、控制AD轉換并對數據進行緩存，緩存一定量的數據后再向系統發出中斷請求，系統響應中斷讀取批量數據。這樣的方案實現復雜、成本較高。
為了滿足客戶對多通道同步采樣ADC應用的實際需求，英創推出了直接支持8通道16位同步采樣ADC的工控主板ESM7080。ESM7080屬于英創成熟的ESM7000系列產品，ESM7080除不支持精簡ISA總線而支持8通道同步ADC以外，與ESM7000的其它所有功能完全一樣。
圖1 ESM7080 多通道同步采樣ADC工控主板
在同步采樣的實現方案上，ESM7080沒有采用傳統的FPGA/CPLD方案，而是充分利用了ESM7080主CPU i.MX7D的異構多核架構，由i.MX7D內的Cortex-M4直接擴展一片ADS8555S——ADS8588S是TI的16位、8通道同步采樣ADC芯片，它集成了模擬前端，可直接連接傳感器，支持±10V和±5V的雙極輸入。整個方案除了在ESM7080主板上擴展必要的ADC芯片外，不需要再增加任何額外的器件，整體實現成本達到了最優化。
在應用軟件操作上，Linux下原有的Hwmon子系統只適應于低采樣率的傳感器、比如風扇轉換或溫度等測量。對于多通道高速同步采樣ADC應用，我們移植了Linux的另一個標準輸入輸出子系統IIO（IIO是Industrial I/O的縮寫）。ADS8555S擴展的8通道同步ADC在Linux系統中作為一個IIO設備，用戶只需要通過一系列Linux標準函數就能輕松實現多路同步ADC采樣。軟件操作的進一步說明可參考：多通道并行采集在Linux主板上的實現。
ESM7080 ADC接口技術指標如下：(取自于ADS8588S數據手冊)
? 具有集成式模擬前端的 16 位 ADC
? 同步采樣： 8 通道
? 可通過引腳編程設定的雙極輸入： ±10V 和 ±5V
? 高輸入阻抗： 1MΩ
? 7kV 靜電放電 (ESD) 過壓輸入鉗位
? 低漂移片上基準 (2.5V) 和緩沖器
? 出色的性能：
– 200kSPS 的最大吞吐量（所有通道）
– 差分非線性 (DNL)： ±0.35 最低有效位 (LSB)；積分非線性 (INL)： ±0.45 LSB
– 信噪比 (SNR)： 96.4dB； 總諧波失真 (THD)： -114dB
? 過熱性能：
– 最大偏移漂移： 3ppm/°C
– 增益漂移： 6ppm/°C
? 用于過采樣的片上數字濾波器
ESM7080詳細技術說明請參考《ESM7000工控主板數據手冊》。