基于非均匀采样的数据采集系统研究

来源 :聊城大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alongalong2008
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通信的目的是为了实现信息的传递,而在信息传递过程中通信系统会给信号带来一些噪声、损耗等干扰因素。为了降低干扰因素对信息的影响,实现有效、可靠的通信,需要对信号质量进行评估分析。信号评估作为对通信系统优劣的评价,同时为进一步优化通信系统提供依据。在现代通信系统中,信号质量的评估过程通常在数字系统中实现。因此,模数转换成为信号评估过程中的关键技术,一般使用ADC(Analog-to-Digital Converter)把模拟信号转换成数字信号。  信号采样方式分为实时采样和等效采样两种。等效采样通常用来对周期信号实现采样,而对于随机信号或者实时信号通常使用实时采样技术来实现信号采样。目前高速通信系统对信号采样的要求是:高速、高精度,而单个ADC不能同时兼顾采样速率和采样精度两种技术指标。因此,发展出了多路ADC并行采样系统,它采用多片相对低速、高精度的ADC对输入信号波形不同点进行采样,其等效采样速率等于多路ADC采样速率的总和。在现代高速通信系统中,并行采样方案得到了深入研究和广泛应用。本论文对一种新型的并行采样系统进行了研究,发现该系统中的通道失配误差严重影响了采样信号的重构。因此,我们提出了误差估计与校准算法,并在仿真系统和实际系统中进行了验证。  本论文主要围绕该系统通道失配误差问题进行了研究,其中包括:通道失配误差理论分析、误差估计与校准算法、行为级建模与仿真以及实际采样系统的实现。具体工作如下所述:  (1)本论文首次对该并行采样系统进行了系统性的理论分析,主要包括该系统采样原理、系统通道失配误差的产因、组成及影响。该系统通道失配误差主要由偏置误差、时间误差和增益误差组成;本论文通过对这三种误差进行数学公式推导,定量分析了通道失配误差对采样数据在时域和频域中造成的影响。  (2)对该系统中的通道失配误差提出了估计算法和校准算法。本论文通过两个校准源信号采样值之间的关系,分别对三种失配误差进行估计。然后根据误差估计值,偏置误差和增益误差分别通过加法器和乘法器来实现校准,时间误差的校准通过FARROW结构的分数时延滤波器来实现。由于时间误差的校准工作相对复杂,因此详细阐述了该滤波器的原理和结构,并对滤波器系数的求解提出了优化算法。  (3)首次建立了该系统的行为模型,通过该模型对本论文提出的算法进行了仿真验证。在 Simulink仿真系统中搭建了四通道并行采样系统,其有效采样速率为800MSPS。同时,创建了FARROW结构的分数时延滤波器模块来校准采样数据的时间误差,将非均匀信号校准为均匀信号。  (4)实际1GSPS八通道并行采样系统验证。通过使用TI公司AD9681开发板搭建了八通道并行的采样系统,每个通道的实际采样速率为125MSPS,该系统等效采样速率为1GSPS。在该系统中,分别以10MHz和50MHz正弦信号作为测试信号,对误差估计和校准算法进行了验证,取得了较为理想的采样数据,证明了该实际采样系统的可行性和有效性,同时证明了本论文算法的有效性。
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