模数转换器件A/D的采样精度、对采样信号的抗噪声处理,都影响到采集信号的完整性,直接影响后续处理板的处理效果。我们采用的A/D是16位15Msps的A/D转换器,主要对CCD采集的三色电平信号采样成数字信号。有三个输入通道,分别对应CCD器件的R、G、B信号输出。每个通道都由输入CLAMP、双校正采样器CDS、偏移DAC和可编程的增益放大器PGA构成。这样就复合成了一个高效的16位A/D转换器,在精度上可以满足要求。同时,为了减少CCD在采样模拟信号时把外界的噪声耦合到系统,在电路设计上采用光电耦合器件对RGB三路信号进行隔离。

CCD控制板以CPLD为核心。CPLD接收DSP的控制信号,产生相应的控制总线和数据总线,控制CCD采集板同DSP板进行握手方式传输数据。这部分采用异步方式工作,速率可以通过可编程的等待周期和器件的应答信号来实现,容易达到信号的完整性要求。

数据处理主控制DSP板,是整个数据采集系统的核心,负责对数字信号作校正处理,并通过USB2.0接口将图像数据上传给计算机。系统由ADSP21161、CPLDEPM7128AE、16位的SDRAM、Flash芯片AM29F040、USB接口控制器CY7C68013构成,如图3所示。由于系统工作在很高的时钟频率上,所以这部分的信号完整性问题就显得十分重要了。

主控制DSP板中不仅有高速部分,也有异步的低速部分,所以要对系统进行侵害。分割的目的是要重点保护高速部分。DSP与USB2。0控制芯片、SDRAM接口是同步高速接口,对它的处理是保证信号完整性的关键;与Flash、CPLD接口采用异步接口,速率可以通过可编程的等待周期和硬件应答信号来实现,容易达到信号的完整性要求。

高速设计部分要求信号线尽量短,尽量靠近DSP器件。但是,如果将DSP的信号线直接接到所有的外设上,一方面DSP的驱动能力可能达不到要求,另一方面由于信号布线长度的急剧增加,必然会带来严重的信号完整性问题。所以,在该系统中具体的处理办法是,将高速器件与异步低速器件进行隔离。在这里采用74LS245实现数据隔离,利用准确的选择逻辑将不同类型数据分开。用74LS244构成地址隔离,同时还增加了DSP的地址驱动能力。这种解决方案可以缩短高速信号线的传输距离,以达到信号完整性的要求。

另外,解决好系统内信号的阻抗匹配,防止信号的反射、串扰噪声等问题,这时DSP系统正常工作的基本条件之一。DSP电路传输阻抗应与芯片I/O脚的输出阻抗匹配。不匹配会引起信号反射,结果可能造成逻辑混乱。传输线越长,影响越大。通常采样串接电阻来改善传输线的阻抗匹配,信号引线长度应尽量小于15cm。对于长度超过15cm的引线,在驱动端(源端)和目的端应串接33Ω的匹配电路,避免由于信号反射引起干扰。在工程实践中,我们还采用在接收端接一个上拉电阻,以改善系统的驱动能力。这是考虑到芯片的高电平驱动能力较差,通过外接电压加以补偿。