毕业设计（论文）-等效采样中的一种时延调整技术.doc

《毕业设计（论文）-等效采样中的一种时延调整技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-等效采样中的一种时延调整技术.doc（36页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、目 录摘要1Abstract11绪论31.1概述31.2等效采样技术在测控领域类的发展概况41.3等效采样技术在数据采集器中的发展及应用51.4等效采样技术具体的应用实例62等效采样的介绍82.1两种采样方式82.2实时采样82.3等效采样82.4等效采样的分类82.5顺序等效采样82.51基于延时单元的顺序等效采样92.6随机等效采样112.6.1基于游标卡尺原理的随机等效采样122.6.2基于双斜率电容充放电原理的随机等效采样143延时系统的整体设计153.1延时系统的基本原理163.2时延调节模块的具体设计183.3整个过程的简单流程图183.4设计方案所用器件的选择193.4.1 AD

2、C的选择203.4.2FPGA的选择20总结21参考文献21致 谢22等效采样中的一种时延调整技术摘要：随着数字时代的到来，数字信号已经成为主流。而对模拟信号的采集是模数转换这一过程中特别关键的一个部分。传统的实时采样方式面临着一个重大的问题，就是不能完成对高频信号的采集。所以等效采样技术就被提出来。 本文首先对等效采样这一技术在现阶段的发展做了介绍，包括国外的发展状况，以及国内的发展状况。列举了几个具体的应用实例。然后详细介绍了几种采样方式：实时采样，顺序等效采样，随机等效采样。对每一种采样方式的优缺点都都进行了说明，并且比较了这三种采样方式。能够让非专业的读者对等效采样这一技术有一个大概的

3、了解。最后，根据分析比较，结合顺序等效采样和随机等效采样的优点，提出了一种新颖的采用时延调整技术实现等效采样的方法，其等效采样率指标高达几十GSPS级，大大的提高了对信号细节的观察能力。文章对于该方案的原理进行了详细的阐述，其中对于时延模块又做了重点介绍，并给出了整个系统的流程图。 关键字：实时采样; 等效采样; 顺序等效采样; 随机等效采样; 时延An technology of Time-Delay Regulating in equivalent sampling Abstract：With the digital age, the signals has become the main

4、stream. Data acquisition is a special key in AD conversion technology. Traditional real-time sampling methods are facing a major problem, it cant finish the high frequency of the gathering. Therefore, the equivalent skill was put out artificially. At first, this article simple introduce the developm

5、ent of the technology at present, including overseas development and domestic development. And then show some application examples based on the technology. Then, this article detailed introduce three kinds of sampling methods ： real-time sample, equivalent sample sequence, random sampling, random sa

6、mpling. Each sampling has advantages and disadvantages. The article have an detailed compare among them. Everyone who have read this article may knows what is equivalent sample technology. At last, according to compare the advantage and disadvantage between sequential sampling and random sampling in

7、 high speed data acquiring，a new equivalent sampling with the technology 0f timedelay regulating is presented in this article which has achieved the technical indicators 0f equivalent sampling rate of several GSPS and the probability of observing waveforms specific parts is great increasedThe princi

8、ple and implementation of the technology of time-delay regulating，including design schemes and working flow are discussed in this thesis in detailKey words: real-time sampling; equivalent sampling ; equivalent sample sequence; random sampling; time-delay1绪论1.1概述 随着计算机的广泛应用和微电子学的高度发展，数字系统已被广泛地应用于国民经济

9、、国防建设和科学实验的各个领域。和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点，但是数字系统只能处理离散的数字信号。外部各种被检测量，如温度、压力、位移流量等，通过相应的各种类型的传感器转换成便于处理的物理量(一般为电压、电流、电脉冲等信号)。只有一部分传感器可以将外部世界的被检测量直接转换为数字信号或开关信号(这是一种只有0、1 两个状态的数字信号)。大部分传感器输出的仍是电压或电流等模拟信号，所以往往需要将这些模拟信号转换为便于处理和存储的数字信号。 由于对开关信号或数字信号计算机可以直接采集处理，所以数据采集技术主要是指对模拟(特别是模拟电压信号)的采集。将模拟信号转换为数字信号

10、与直接来自传感器的其他数字信号、开关信号等送往计算机，并进一步予以处理、显示、传输与记录的过程，称为数据采集(Data Acquisition)。实现数据采集的系统即为数据采集系统(Data Acquisition System，DAS)。 而数据采集系统中一个很重要的技术指标是采样率，采样率的高低直接决定了一个数据采集系统的工作能力，所以提高采样率对于数据采集系统来讲是至关重要的，而介于当前的技术以及成本的考虑，实时采样率是比较低的，不能满足对于高频信号的采集，所以需要用到等效采样。当前,采样技术一般分为实时采样和等效采样两种。实时采样是在一次触发后完成整个采集过程,但对信号的捕获能力受到了

11、采样速率的限制。即实时采样的特点是可以捕捉单次信号,但信号的带宽受到一定的限制。为了补偿在采样率上的缺陷,人们发展了等效采样技术。等效采样是通过多次触发多次采样而获取并重建信号波形。等效采样的前提是：信号必须是重复的。等效采样通过对重复信号的多次采样,把在信号的不同周期中采样得到的数据进行重组,从而能够重建原始的信号波形。与实时采样不同,等效采样只能用于重复信号,但信号频率可以很高。等效采样又可分为顺序等效时间采样和随机等效时间采样,两者的区别在于,顺序等效采样的采样不仅仅局限于在触发点后,还能在触发点之前。1.2等效采样技术在测控领域类的发展概况 数据采集技术最典型的应用是在测控领域中的应用

12、，许多种测试仪器，特别是数字存储示波器就是其中最典型的代表，世界著名仪器制造公司，比如TECKTRONIX(泰克)、HP(惠普)、AGILENT(安捷伦)、NI(美国国家仪器公司)、等都相继推出超高频的测试仪器，我们在市场上可以见到的示波器中有的可以达到10GHz，而世界上最高的模数转换器的速度还不到2GHz，根据Nyquist采样定理，要想使用单一的模数转换器是绝无可能达到这样高的采样率的。 而我国目前在测控领域的研究是相对落后的，尤其是在超高频领域中，其中一个很重要的原因就是我国对高速数据采集技术的研究落后。到目前为止，我国唯一形成产业化的数字示波器生产公司是北京某公司研制的DS300B系

13、列。该系列设备单次采样100MSa/s，等效采样率高达10GSa/s。虽然该设备的诞生足以说明我国在数据采集领域的飞速发展，但是同发达国家相比还是有很大的差距。另外，现在的高速模数转换器件价格昂贵，由于我国微电子技术起步较晚，技术还较为落后，高速模数转换器件基本需要进口国外产品，如果采用单一的模数器件并且采用均匀采样的方法来数字化，随着输入信号频率的提高，必然带来高成本。1.3等效采样技术在数据采集器中的发展及应用 数据采集器的研究在国外可以说己经相当的成熟，而且数据采集器的种类不断增多，性能也变得越来越好，功能越来越强大。比如美国国家仪器公司（NI）的各系列数据采集卡，可配合NI的虚拟仪器软

14、件完全配置使用。美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作筒单、使用灵活的数据采集器。它不仅可以单独使用，而且还可以和计算机连接使用。它具有多种测量功能，多种数据存储方式和多种控制方式。262XA共有21路模拟输入通道，可直接测量电压、电流、温度、频率和电阻等，8路数字输入/输出可用于数字信号的处理。另外4路用于报警输出。美国尼高力仪器技术公司的2700型数据采集器，完美地将数据记录仪，程控开关与数字表的优势集于一身，是一款高精度、多功能、使用方便的多路数据采集器；美国恩泰克科学公司的数据采集器Edl（EMONITOR dataline），该仪器技术先进、功能齐全，并可

15、以与恩泰克PM软件DOS版及EFM窗口版的多种软件完全配置使用。惠普的HP34970A型数据采集器具有61/2位分辨率，0.004%基本直流准确度和高达250通道/秒的扫描率，非易失性存储器可保存多达50000个带有时间标记的读数，可测包括直流电压、交流电压，由热电偶、RTD和热敏电阻提供的温度，2线和4线电阻，交直流电流，频率和周期。在国内，由于数据采集技术不断发展，市场上出现了各种新型的数据采集器。例如北京凯文斯系统集成有限责任公司E16系列EPP并口宽动态范围的高精度数据采集器数据通道最大可以达到16个(单端)，可编程增益为1、2、4、6、8位，采样最高频率决定于微机的CPU及处理速度，一般为6080kHz。北京测振仪器厂研制的HZ-9609数据采集器/振动分析仪，它采用中文显示，操作简单方便；采用先进的微电脑技术，工作可靠；采用高性能电池，体积小，重量轻，便于现场使用，采用频谱分析技术和故障诊断技术，是进行数据采集，完成设备状态分析和故障诊断的得力助手。它可以与微机通讯，建立设备状态数据库，对联设备进行更精细的状态分析。采用压电加速度传感器，可测量振动信号的加速度，速度和位移，还可测量电压信号和转速信号，采样频率为1Hz-10kHz。北京众人精密测控技术公司的产品是F-5000系列笔记本专用数据采集控制器，具有程控增益(1,2,4,8)，通道扩展，0.2%的精度等特