CN108919091A - 一种视频adc器件的老练升筛*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对视频ADC器件的老练升筛***。该***能够获取多片视频ADC器件***在特殊应用环境下，不同工作状态下输出的数据，同时监控每片ADC器件的工作温度和电流，用于后期对每个视频ADC器件性能进行评价和筛选。其主要结构包括：设置在实验环境内的视频信号发生器和老练实验板，设置在实验环境外的电源、接口转换板以及上位机；老练实验板包括电源管理模块、N个视频ADC器件测试单元、第一FPGA芯片、第一数据接口芯片以及指令接口芯片；视频ADC器件测试单元包括PCB板以及安装在PCB板上的电流监控芯片、AD7490芯片、ADC压接座以及测温芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对视频ADC器件的老练升筛***。
背景技术
视频ADC器件是成像***中的重要器件，起到将模拟视频信号数字量化的作用，为后续图像数据的采集和分析处理提供了基础。视频ADC器件的品质以及工作的可靠性、稳定性对评价成像***的性能起到重要的作用。
一般电子元器件的故障主要出在新器件开始使用的前一段时间和接近使用寿命的两个时间段上。而在某些特殊应用环境(如高温、严寒、真空、辐射等)下，对电子元器件的可靠性和稳定性有特殊要求，需要在装机前对元器件在工作状态下进行长时间的寿命试验和一定时间长度的老练筛选。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明设计了一种视频ADC器件的老练升筛***，通过该***能够获取多片视频ADC器件***在特殊应用环境(如高温、严寒、真空、辐射等)下，不同工作状态下输出的数据，同时监控每片ADC器件的工作温度和电流，用于后期对每个视频ADC器件性能进行评价和筛选。
本发明的基本原理是：
本发明提供的ADC器件的老练升筛***，其中老练实验环境根据需要可以是高、低温箱、真空罐、辐射源附近等。整个***分为实验环境中的部分和实验环境外的部分。实验环境中设置视频信号发生器和老练实验电路板，实现了每片视频ADC器件的正常工作。实验环境外设置直流稳压电源、接口转换板以及上位机；直流稳压电源提供了整个***工作需要的电压；接口转换板将实验环境所需的特定接口转换为便于上位机采集的Cameralink接口和串行接口；上位机PC实现了数据的采集和控制指令的下发。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种视频ADC器件的老练升筛***，包括设置在实验环境内的视频信号发生器和老练实验板，设置在实验环境外的电源、接口转换板以及上位机；
老练实验板包括电源管理模块、N个视频ADC器件测试单元、第一FPGA芯片、第一数据接口芯片以及指令接口芯片；其中N≥1；
视频ADC器件测试单元包括PCB板、以及安装在PCB板上的电流监控芯片、AD7490芯片、ADC压接座以及测温芯片；
ADC压接座上安装待检测视频ADC器件；
测温芯片安装位置靠近待检测视频ADC器件，并将测量的待检测视频ADC器件的温度值传输至第一FPGA芯片；
电流监控芯片输入端通过电源管理模块与电源连接，电流监控芯片输出端通过AD7490芯片将电流信号转化为具体数值后传输至第一FPGA芯片；
视频信号发生器产生并发送适用于待测ADC器件的视频模拟信号；
第一FPGA芯片依次通过第一数据接口芯片、接口转换板向上位机发送待检测视频ADC器件的数据；
上位机依次通过接口转换板、指令接口芯片将指令发送至第一FPGA芯片后对待检测视频ADC器件进行控制；
同时，上位机采集依次通过第一FPGA芯片、第一数据接口芯片、接口转换板发送来的数据，并对数据进行分析和显示。
进一步地，上述第一FPGA芯片内部运行的程序模块包括时钟管理模块、N个数据拼接模块、数据轮循模块、输出时序模块以及串口指令解析执行模块；
时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第一FPGA芯片工作需要的多种时钟信号；
N个数据拼接模块与所述N个视频ADC器件测试单元一一对应，用于接收N个视频ADC器件测试单元发送的视频数据、温度数据以及电流数据，并将实时的温度数据和电流数据拼接在每一帧视频数据之前组成一个数据包；
数据轮循模块对N个数据拼接模块的数据包采用轮流循环的方式接收，同一时间只接收一个数据拼接模块的数据包并发送给输出时序模块，丢弃另外N-1个数据拼接模块的数据包；
输出时序模块用于将数据轮循模块输出的数据包按照第一数据接口芯片要求的时序输出；
串口指令解析执行模块用于解析指令接口芯片发来的指令数据，并按指令要求将多个待检测视频ADC器件配置成不同的工作模式。
进一步地，上述接口转换板包括第二FPGA芯片、第二数据接口芯片以及指令接口芯片；
第二FPGA芯片内部运行的程序模块包括时钟管理模块、接收时序模块、串口指令解析和下发模块、数据缓冲模块以及Cameralink时序模块；
时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第二FPGA芯片工作需要的多种时钟信号；
接收时序模块用于老练实验板发送来的数据包按照第二数据接口芯片要求的时序输出至数据缓冲模块；
上位机的控制指令依次通过Cameralink时序模块、串口指令解析和下发模块后根据指令接口芯片发送给老练实验板。
进一步地，上述第一数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据编码接口芯片，与之相配的，输出时序模块包括与LVDS接口芯片连接的LVDS输出时序模块以及与高速串行数据编码芯片连接的编码芯片时序模块；
第二数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据解码接口芯片，与之相配的，接收时序模块包括与LVDS接口芯片连接的LVDS输入时序模块以及与高速串行数据解码芯片连接的解码芯片时序模块。
进一步地，上述指令接口芯片为RS485串口芯片。
进一步地，上述电流监控芯片为两组INA214-Q1芯片，分别用于接收电源提供的1.8V和3.3V电压。
进一步地，上述实验环境为高/低温环境、真空环境以及辐射环境中的任一一种或多种组合。
本发明的有益效果是：
本发明自行建立以一套在高低温或真空或辐射等实验环境下进行ADC器件的老练升筛***，采用在实验环境下放置老练实验板和视频信号发生器，在实验环境外部设置上位机将老练实验板上设置的N个视频ADC器件测试单元保证其在实验环境正常工作同时监控每个视频ADC器件的工作温度和电流(每个视频ADC器件工作状态可切换)，并通过上位机采集每个视频ADC器件在不同工作状态下输出的数据，用于后期对每个视频ADC器件性能进行评价和筛选。
附图说明
图1是本发明***的组成示意图；
图2a是视频信号发生器产生的用于采样保持的模拟信号；
图2b是视频信号发生器产生的用于相关双采样的模拟信号；
图3是老练实验板的结构原理图；
图4是接口转换板的结构原理图；
图5是上位机的图像显示界面；
图6是上位机的的控制界面。
具体实施方式
下面通过结合附图对本发明提供的视频ADC器件的老练升筛***作进行详尽的说明：
如图1所示，该老练升筛***种的所有器件均设置两种环境当中，一种是实验环境(根据需要实验环境可以是高、低温、真空罐、辐射源附近，另一种是外部环境)；
其具体结构布局是：
该***包括设置在实验环境内的视频信号发生器和老练实验板，设置在实验环境外的电源、接口转换板以及上位机；
老练实验板包括电源管理模块、N个视频ADC器件测试单元、第一FPGA芯片、第一数据接口芯片以及指令接口芯片；其中N≥1；
视频ADC器件测试单元包括PCB板、以及安装在PCB板上的电流监控芯片、AD7490芯片、ADC压接座以及测温芯片；
ADC压接座上安装待检测视频ADC器件；
测温芯片安装位置靠近待检测视频ADC器件，并将测量的待检测视频ADC器件的温度值传输第一至FPGA芯片；
电流监控芯片输入端通过电源管理模块与电源连接，电流监控芯片输出端通过AD7490芯片与第一FPGA芯片连接；
视频信号发生器产生并发送适用于待测ADC器件的视频模拟信号；
第一FPGA芯片依次通过第一数据接口芯片、接口转换板向上位机发送待检测视频ADC器件的数据；
上位机依次通过接口转换板、指令接口芯片将指令发送至第一FPGA芯片后对待检测视频ADC器件进行控制；
同时，上位机采集依次通过第一FPGA芯片、第一数据接口芯片、接口转换板发送来的数据，并对数据进行分析和显示。
以下对各个器件的具体情况进行说明：
1、视频信号发生器
视频信号发生器产生适用于待检测ADC器件模拟入口的视频模拟信号，可以是用于采样保持(SHA，采样位置绝对幅值为信号幅值)的模拟信号，也可以是用于相关双采样(CDS，采样位置a点和b点幅度的差值为信号幅值)的模拟信号，如图2a和2b所示。
2、老练实验板
老练实验板的组成结构如图3所示。老练实验板以第一FPGA芯片为核心处理器件，接收N个待检测视频ADC器件输出的视频数据，并以轮循的方式通过数据接口输出。老练实验板同时监控每个待检测视频ADC器件工作时的板载温度、电流，并将温度和电流的数据随图像数据输出。
(1)视频ADC测试单元
老练实验板上为每个待检测视频ADC器件设计了一个视频ADC测试单元，每个视频ADC测试单元由视频ADC压接座、测温芯片和电流监控芯片组成。主要功能如下。
a、ADC压接座用于实现待检测视频ADC器件各个管脚和PCB板的电器连接，同时便于ADC器件的装卸和更换不同的器件进行试验。
b、测温芯片型号ADT7310，靠近视频ADC器件放置，用于测量ADC器件工作时的板载温度，并将测量温度值传输给FPGA芯片。
c、电流监控芯片INA214-Q1串接在视频ADC的供电电压1.8V和3.3V中，将ADC供电电流转化为电压信号，在经过AD7490的量化后传输给第一FPGA芯片。
(2)第一FPGA芯片
第一FPGA芯片是老练实验板的核心处理器件，实现视频、温度和电流等数据的采集以及视频ADC器件的控制功能。其上运行的程序模块包括：时钟管理模块、N个数据拼接模块、数据轮循模块、输出时序模块以及串口指令解析执行模块；
其中，输出时序模块包括LVDS输出时序模块以及编码芯片时序模块；
每个程序模块的主要功能如下：
a、N个数据拼接模块分别用于接收N个视频ADC器件测试单元发送的视频数据、温度数据和电流数据，并将实时的温度数据和电流数据拼接在每一帧视频数据之前组成一个数据包，传输给数据轮循模块。
b、数据轮循模块并行接收N个数据拼接模块发来的数据包，由于数据量很大超过了输出接口的带宽，所以轮循模块实现了N个数据拼接模块数据的轮流循环接收，同一时间只接收一个数据拼接模块的数据包并发送给输出接口，丢弃另外N-1个数据拼接模块的数据包。另外，轮流接收N个数据拼接模块的数据包，并在1～N个数据拼接模块之间循环，从而实现对待检测的N个视频ADC器件视频数据、温度数据和电流数据的监控。
c、LVDS输出时序模块和编码芯片时序模块用于将数据轮循模块输出的数据包按照数据接口芯片要求的时序输出。
d、时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第一FPGA芯片工作需要的多种时钟信号。
e、串口指令解析和执行模块用于解析上位机发来的指令，并按指令要求将待检测视频ADC器件配置成不同的工作模式，从而实现对不同工作状态下待检测视频ADC器件的功能和性能的测试。
(3)第一数据接口芯片和指令接口芯片
第一数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据编码接口，***试验中可以根据实际试验环境灵活选择。指令接收接口为RS485串行接口。
a、LVDS接口芯片实现了试验数据包的发送，有时序简单、操作灵活和便于定制化的的优势，但是需要的信号线比较多。
b、高速串行数据编码接口同样实现了试验数据包的发送，只使用了单个信号线，在某些特殊环境试验罐中，为了保证试验环境和外界环境的隔绝，多采用单个信号线的同轴线作为穿仓线缆，高速串行数据编码接口适应这种试验环境下的使用。
c、RS485接口芯片实现了上位机下发控制指令的接收。
3、接口转换板
接口转换板的组成结构图如图4所示。接口转换板以第二FPGA芯片为核心，主要负责上位机机和老练实验板之间数据通信时的接口转换，将老练实验板的数据接口和控制接口转化为易于上位机采集和控制的Cameralink接口。
(1)第二数据接口芯片和指令接口芯片
第二数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据解码接口芯片，***试验中匹配老练试验板的接口进行选择。指令发送接口为RS485串行接口。
a、LVDS接口芯片实现了从老练实验板接收试验数据包。
b、高速串行数据解码接口芯片同样实现了从老练实验板接收试验数据。
c、RS485接口芯片将上位机下发的控制指令转发给老练实验板。
(2)第二FPGA芯片
第二FPGA芯片是接口转换板的核心器件，接收老练实验板发送的数据并进行缓冲，然后通过Cameralink时序模块将数据发送给上位机，同时将上位机发送的控制指令转发给老练实验板。其上运行的程序模块包括：时钟管理模块、接收时序模块、数据缓冲模块、指令解析下发模块以及Cameralink时序模块；
其中，接收时序模块包括LVDS接收时序模块以及解码芯片时序模块；
每个程序模块的主要功能如下：
a、LVDS接收时序模块和解码芯片时序模块用于接收老练实验板输出的数据。
b、数据缓冲模块用于缓存从老练实验板接收的数据。
c、时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第二FPGA芯片工作需要的多种时钟信号。
d、指令解析下发模块用于解析上位机发来的指令，并下发给老练实验板。
e、Cameralink时序模块用于向上位机发送数据以及从上位机接收控制指令。
4、上位机
上位机主要具备数据采集、分析和实时显示，以及指令发送等功能，具备很好的图形界面，便于试验人员做相应操作。
图5为上位机的图像显示界面，实时显示每个视频ADC器件的视频数据。
图6为上位机的控制界面，用于显示每个视频ADC器件的温度、1.8V供电电流和3.3V供电电流，同时用于显示每一片视频ADC的工作状态(正常/异常)以及每路视频信号的均值、噪声和信噪比。另外，控制界面还可以将视频ADC配置在不同的工作状态，实现视频ADC器件任意寄存器的配置、CDS增益配置以及VGA增益配置。
Claims (7)
1.一种视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：
包括设置在实验环境内的视频信号发生器和老练实验板，设置在实验环境外的电源、接口转换板以及上位机；
老练实验板包括电源管理模块、N个视频ADC器件测试单元、第一FPGA芯片、第一数据接口芯片以及指令接口芯片；其中N≥1；
视频ADC器件测试单元包括PCB板、以及安装在PCB板上的电流监控芯片、AD7490芯片、ADC压接座以及测温芯片；
ADC压接座上安装待检测视频ADC器件；
测温芯片安装位置靠近待检测视频ADC器件，并将测量的待检测视频ADC器件的温度值传输至第一FPGA芯片；
电流监控芯片输入端通过电源管理模块与电源连接，电流监控芯片输出端通过AD7490芯片将电流信号转化为具体数值后传输至第一FPGA芯片；
视频信号发生器产生并发送适用于待测ADC器件的视频模拟信号；
第一FPGA芯片依次通过第一数据接口芯片、接口转换板向上位机发送待检测视频ADC器件的数据；
上位机依次通过接口转换板、指令接口芯片将指令发送至第一FPGA芯片后对待检测视频ADC器件进行控制；
同时，上位机采集依次通过第一FPGA芯片、第一数据接口芯片、接口转换板发送来的数据，并对数据进行分析和显示。
2.根据权利要求1所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述第一FPGA芯片内部运行的程序模块包括时钟管理模块、N个数据拼接模块、数据轮循模块、输出时序模块以及串口指令解析执行模块；
时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第一FPGA芯片工作需要的多种时钟信号；
N个数据拼接模块与所述N个视频ADC器件测试单元一一对应，用于接收N个视频ADC器件测试单元发送的视频数据、温度数据以及电流数据，并将实时的温度数据和电流数据拼接在每一帧视频数据之前组成一个数据包；
数据轮循模块对N个数据拼接模块的数据包采用轮流循环的方式接收，同一时间只接收一个数据拼接模块的数据包并发送给输出时序模块，丢弃另外N-1个数据拼接模块的数据包；
输出时序模块用于将数据轮循模块输出的数据包按照第一数据接口芯片要求的时序输出；
串口指令解析执行模块用于解析指令接口芯片发来的指令数据，并按指令要求将多个待检测视频ADC器件配置成不同的工作模式。
3.根据权利要求2所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述接口转换板包括第二FPGA芯片、第二数据接口芯片以及指令接口芯片；
第二FPGA芯片内部运行的程序模块包括时钟管理模块、接收时序模块、串口指令解析和下发模块、数据缓冲模块以及Cameralink时序模块；
时钟管理模块用于接收外部晶振的时钟信号并产生第二FPGA芯片工作需要的多种时钟信号；
接收时序模块用于老练实验板发送来的数据包按照第二数据接口芯片要求的时序输出至数据缓冲模块；
上位机的控制指令依次通过Cameralink时序模块、串口指令解析和下发模块后根据指令接口芯片发送给老练实验板。
4.根据权利要求3所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述第一数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据编码接口芯片，与之相配的，输出时序模块包括与LVDS接口芯片连接的LVDS输出时序模块以及与高速串行数据编码芯片连接的编码芯片时序模块；
第二数据接口芯片包括LVDS接口芯片和高速串行数据解码接口芯片，与之相配的，接收时序模块包括与LVDS接口芯片连接的LVDS输入时序模块以及与高速串行数据解码芯片连接的解码芯片时序模块。
5.根据权利要求4所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述指令接口芯片为RS485串口芯片。
6.根据权利要求5所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述电流监控芯片为两组INA214-Q1芯片，分别用于接收电源提供的1.8V和3.3V电压。
7.根据权利要求5所述的视频ADC器件的老练升筛***，其特征在于：所述实验环境为高/低温环境、真空环境以及辐射环境中的任一一种或多种组合。
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