2.3 數(shù)字量輸入/輸出設(shè)計(jì)

　　直接將通用背板的FPGA端口引到前端接口板，根據(jù)測(cè)試對(duì)象的接口電路，如27 V/開(kāi)、地/開(kāi)等形式，選擇繼電器、OC門(mén)、光耦隔離等方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸入和輸出。

　　2.4 串口電路設(shè)計(jì)

　　由于FPGA板卡具有便利的輸入輸出控制功能，利用FPGA 板卡可以很方便的通過(guò)連接不同的接口芯片選擇相應(yīng)的串口模式。MAX490是低功耗收發(fā)器，用于RS 485 與RS 422通信。它具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5 Mb/s的傳輸速率。驅(qū)動(dòng)器具有短路電流限制，并可以通過(guò)熱關(guān)斷電路將驅(qū)動(dòng)器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過(guò)度的功率損耗。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開(kāi)路時(shí)，可以確保邏輯高電平輸出。如圖5所示，通過(guò)連接低功耗收發(fā)器MAX490可以實(shí)現(xiàn)RS 422通信，而改接SP3223芯片后就可以實(shí)現(xiàn)RS 232通信，區(qū)別只是在于FPGA中建立的UART邏輯模塊有所不同，進(jìn)一步顯示了系統(tǒng)良好的通用性。

　　2.5 電氣隔離設(shè)計(jì)

　　由于該系統(tǒng)為模擬/數(shù)字混合信號(hào)系統(tǒng)，電路中的噪聲會(huì)對(duì)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換精度造成影響，因此在電路的實(shí)現(xiàn)上應(yīng)該對(duì)板卡芯片進(jìn)行降噪和隔離保護(hù)，這樣既避免了不同信號(hào)之間的相互影響，提高了系統(tǒng)的共模抑制能力，也使得一些比較昂貴的芯片不會(huì)因?yàn)橥獠啃盘?hào)的不穩(wěn)定而燒毀。

　　傳統(tǒng)的隔離方式是對(duì)每個(gè)通道都使用電容耦合模擬隔離芯片ISO124等進(jìn)行隔離。這類隔離方式其輸入和輸出分別由兩組直流電源供電，而且存在較大的漂移，輸出信號(hào)通常存在紋波，尤其當(dāng)信號(hào)比較小時(shí)，輸出的相對(duì)誤差會(huì)增大。因此，還需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波、調(diào)零等調(diào)理措施，使得系統(tǒng)電路比較復(fù)雜。

　　光電耦合器性能優(yōu)越，具有良好的抗干擾能力，因而被廣泛地應(yīng)用于輸入和輸出信號(hào)的電氣隔離。使用HCPL2630 等高速光耦進(jìn)行光耦隔離，只需要一組直流供電電源，電路十分簡(jiǎn)單。其良好的電絕緣能力和抗干擾能力使得模擬地和數(shù)字地分開(kāi)，消除了共模電壓影響。系統(tǒng)選用串行而非并行的ADC和DAC，只需要隔離三路的SPI總線數(shù)字信號(hào)，這樣進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。