一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC動態(tài)范圍的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍是指ADC可以量化的最大信號與最小信號的比值。ADC是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的核心單元，它的最高采樣率直接影響到采集系統(tǒng)的帶寬，而分辨率對采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍起著決定性作用?，F(xiàn)實中ADC器件由于受實現(xiàn)原理和制造工藝的限制，其采樣率和分辨率始終是一對相互矛盾的指標(biāo)。為了克服采樣率和分辨率之間的矛盾制約關(guān)系，基于多通道的ADC并行采樣技術(shù)得到了一定應(yīng)用。
[0003]一種常見的形式稱為并行交替采樣技術(shù)，如專利CN201320066816.5所述，通過將多路采樣時間錯開的ADC并行采樣，然后按照時間順序?qū)⒍嗦凡蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行合成，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率進(jìn)一步提高。這種方法不會改變采集系統(tǒng)的分辨率，不能提高其動態(tài)范圍。
[0004]文獻(xiàn)《一種并行組合采樣系統(tǒng)信號重構(gòu)方法》(航天電子對抗2014，第30期)設(shè)計了一種并行組合采樣系統(tǒng)，通過多個ADC的量程拼接來實現(xiàn)動態(tài)范圍擴(kuò)展。這種單純靠增加ADC數(shù)量的方式對系統(tǒng)動態(tài)范圍的提高程度有限，當(dāng)ADC的數(shù)量增加一倍，其動態(tài)范圍僅能提高6dB，如果并行采樣的ADC較多，會帶來布線同步上的困難以及成本的激增，不利于實際工程實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的新方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，包括如下步驟:
(1)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收的模擬信號通過功分器等分為η路并行信號，其中，η多2;
(2)將η路并行信號分別進(jìn)行不等的幅度縮放，將經(jīng)幅度縮放之后的每一路信號均分別連接一個ADC ;
(3)對多路ADC并行采樣量化后的數(shù)據(jù)，在數(shù)字域通過對應(yīng)的幅度恢復(fù)及數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法重新恢復(fù)成單路采樣信號。
[0007]所述的η個ADC連接同一時鐘源。
[0008]所述的在信號調(diào)理之后，進(jìn)入ADC之前還設(shè)有模擬時延調(diào)整電路。
[0009]所述時鐘源為低抖動高精度晶振外加鎖相環(huán)電路PLL。
[0010]所述的在經(jīng)過ADC處理之后，還通過數(shù)字處理方式進(jìn)行時延調(diào)整。所述的數(shù)字處理方式為數(shù)據(jù)緩存對齊和數(shù)據(jù)插值，其中，數(shù)據(jù)插值是指通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始采樣數(shù)據(jù)生成的正確位置的采樣點數(shù)據(jù)。
[0011]所述的數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法依據(jù)最小量化誤差準(zhǔn)則，在信號未被限幅的情況下，優(yōu)先選擇量化誤差最小的通道采樣數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍是指ADC可以量化的最大信號和最小信號的比值。本發(fā)明將采樣信號分成η路，η ^ 2，每個通道對信號幅度進(jìn)行不同程度的縮放調(diào)理，采用較少數(shù)量的ADC，增大了可量化信號的幅度范圍，同時保證了對小信號的量化精度，大幅提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍。優(yōu)選地，通過對所有ADC使用同一時鐘源控制并通過時延調(diào)整消除各通道之間的時延誤差，以保證多路并行采樣信號能夠低失真地重構(gòu)為一路信號。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。
[0014]圖2是彳目號插值時延調(diào)整不意圖。
【具體實施方式】
[0015]一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:包括如下步驟
(1)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收的模擬信號等分為η路并行信號，η多2;
(2)將η路并行信號分別進(jìn)行不等的幅度縮放，將經(jīng)幅度縮放之后的每一路信號均分別連接一個ADC ;
(3)對多路ADC并行采樣量化后的數(shù)據(jù)，在數(shù)字域通過對應(yīng)的幅度恢復(fù)及數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法重新恢復(fù)成單路采樣信號，其中，數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法依據(jù)最小量化誤差準(zhǔn)則，在信號未被限幅的情況下，優(yōu)先選擇量化誤差最小的通道采樣數(shù)據(jù)。
[0016]其中，η個ADC還連接有同一時鐘源。在信號調(diào)理之后，進(jìn)入ADC之前還設(shè)有模擬時延調(diào)整電路。時鐘源為低抖動高精度晶振外加鎖相環(huán)電路PLL。在經(jīng)過ADC處理之后，還通過數(shù)字處理方式進(jìn)行時延調(diào)整，其中，數(shù)字處理方式為數(shù)據(jù)緩存對齊和數(shù)據(jù)插值，其中，數(shù)據(jù)插值是指通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始采樣數(shù)據(jù)生成的正確位置的采樣點數(shù)據(jù)。
[0017]實施例1
以η=2兩通道并行采樣系統(tǒng)進(jìn)行舉例:
將接收的模擬信號送入功分器，分成2路并行信號，對兩路信號分別進(jìn)行幅度縮放。即通道1依次通過信號調(diào)理電路1以及模擬時延調(diào)整電路1后連接ADC1 ;通道2依次通過信號調(diào)理電路2以及模擬時延調(diào)整電路2后連接ADC2 ;其中，信號調(diào)理電路1為依次連接的衰減器以及限幅器1，信號調(diào)理電路2為依次連接的程控增益放大器以及限幅器2。其中，限幅器1與限幅器2的大小設(shè)置為ADC的滿量程值。即通道1通過衰減器1對信號進(jìn)行幅度壓縮，通道2通過程控增益放大器2對信號進(jìn)行幅度放大。
[0018]經(jīng)過調(diào)理后，等效于通道1對應(yīng)的ADC具有更大的量程和較大的量化間隔，專門量化大信號，通道2對應(yīng)的ADC具有更小的量程和較小的量化間隔，專門量化小信號。ADC采樣量化后的兩路數(shù)據(jù)，通過對應(yīng)的幅度恢復(fù)及數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法重新恢復(fù)成單路采樣信號，完成動態(tài)范圍的擴(kuò)展。其中所述的動態(tài)重構(gòu)算法是依據(jù)最小量化誤差準(zhǔn)則，在信號未被限幅的情況下，優(yōu)先選擇量化誤差最小的通道采樣數(shù)據(jù)。假定通道1對信號衰減了 P dB，通道2對信號放大了 Q dB，則數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍可提高Ρ—α?Β。
[0019]對采樣率不高、同步精度要求不高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)過信號調(diào)理電路之后的信號在進(jìn)入ADC之前，通過模擬時延調(diào)整電路對信號進(jìn)行時延誤差調(diào)整。
[0020]同時，ADC1及ADC2連接同一個時鐘源，時鐘源采用低抖動高精度晶振外加鎖相環(huán)電路PLL來提供。
[0021]實施例2
與實施例1不同的是，在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下，同步精度要求提高，經(jīng)過模擬時延調(diào)整電路的調(diào)整后，仍有可能殘留一定的時延或相位誤差。此時可在數(shù)字域采用數(shù)字信號處理的方式進(jìn)行調(diào)整。通過數(shù)據(jù)緩存對齊的方式可以糾正整數(shù)倍采樣間隔的時延；對于小于1個采樣間隔的分?jǐn)?shù)倍時延，需要采用數(shù)據(jù)插值的方式進(jìn)行調(diào)整，如圖2所示，即通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始采樣數(shù)據(jù)生成的正確位置的采樣點。其他步驟與實施例1相同。
【主權(quán)項】
1.一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:包括如下步驟 (1)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收的模擬信號等分為η路并行信號，其中，η多2; (2)將η路并行信號分別進(jìn)行不等的幅度縮放，將經(jīng)幅度縮放之后的每一路信號均分別連接一個ADC ; (3)對多路ADC并行采樣量化后的數(shù)據(jù)，在數(shù)字域通過對應(yīng)的幅度恢復(fù)及數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法重新恢復(fù)成單路采樣信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述的η個ADC還連接有同一時鐘源。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述的在信號調(diào)理之后，進(jìn)入ADC之前還設(shè)有模擬時延調(diào)整電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述時鐘源為低抖動高精度晶振外加鎖相環(huán)電路PLL。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述的在經(jīng)過ADC處理之后，還通過數(shù)字處理方式進(jìn)行時延調(diào)整。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述的數(shù)字處理方式為數(shù)據(jù)緩存對齊和數(shù)據(jù)插值，其中，數(shù)據(jù)插值是指通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始采樣數(shù)據(jù)生成的正確位置的采樣點數(shù)據(jù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法依據(jù)最小量化誤差準(zhǔn)則，在信號未被限幅的情況下，優(yōu)先選擇量化誤差最小的通道采樣數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC動態(tài)范圍的方法。一種提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)范圍的方法，包括如下步驟：將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收的模擬信號等分為n路并行信號，其中n≥2；將n路并行信號分別進(jìn)行不等的幅度縮放，將經(jīng)幅度縮放之后的每一路信號均分別連接一個ADC；對多路ADC并行采樣量化后的數(shù)據(jù)，在數(shù)字域通過對應(yīng)的幅度恢復(fù)及數(shù)據(jù)動態(tài)重構(gòu)算法重新恢復(fù)成單路采樣信號。本發(fā)明采用較少的ADC，增大了可量化信號的幅度范圍，同時保證了對小信號的量化精度，克服了單個ADC高采樣率和高分辨率的矛盾制約關(guān)系，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
【IPC分類】H03M1/18
【公開號】CN105429642
【申請?zhí)枴緾N201510891681
【發(fā)明人】郭恩全, 李春濱, 苗勝, 劉雪芬
【申請人】陜西海泰電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月8日