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基于两片AD6645高精度数据采集系统研究

作　者: 张清洪
导　师: 吕幼新
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 并行时间交替采样时间误差增益误差偏置误差实时校正 FARROW结构
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 9次
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内容摘要

数据采集系统是信号与信息处理系统的重要组成部分。随着宽带、超宽带雷达技术研究的深入和软件无线电技术的发展,对数据采集系统的速度和精度提出了越来越高的要求。但受模数转换芯片发展水平的限制,单片ADC芯片很难同时满足高速高精度的要求,多片ADC并行交替采样技术是突破采集系统这一瓶颈的有效方法之一。这种方法在前端利用M片ADC并行交替采样,在后端进行拼接使得整个采集系统的速率为M片速率之和。然而受制造工艺的影响,并行采集系统的各通道间存在失配误差,主要表现为时间、增益和偏置误差,这些误差严重影响整个采集系统的性能。本文分析了通道失配误差产生的原因,推导出三种误差并存的信号频谱表达式,提出了失配误差的统计测量算法和实时校正算法,并通过仿真验证了算法的有效性。在理论分析的基础上,设计并研制了一套最高采样频率可达200MHz的高速高精度数据采集系统。测试结果表明,该方案能提高采集系统性能。本文所做的主要工作如下: 1.全面分析了并行时间交替采样结构三种误差的特性,推导出一种精确的误差测量算法,在此基础上提出了误差实时校正算法,并对测量和校正算法进行了仿真和分析。 2.研制出基于两片AD6645的最高采样率达200 MHz的数据采集系统。 3.通过硬件调试,完成了系统性能分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-11
  1.1 数据采集的意义和任务  8
  1.2 研究内容概述  8-9
  1.3 A/D转换技术的发展状况  9-10
  1.4 本文所做的主要工作和本文结构  10-11
第二章数据采集的基本理论  11-20
  2.1.1 数据采集过程  11
  2.1.2 采样  11-15
  2.1.3 量化与量化误差  15-20
第三章并行时间交替采样 ADC的时间误差测量与校正  20-37
  3.1 并行时间交替 ADC采样系统的结构  20-21
  3.2 并行时间交替采样的频谱  21-24
  3.3 通道失配误差的测量  24-29
  3.5 算法仿真  29-36
    3.5.1 测量算法的仿真  29-33
      3.5.1.1 增益和偏置误差测量仿真  30-31
      3.5.1.2 时间误差测量仿真  31-33
    3.5.2 校正算法的仿真  33-36
  3.6 小结  36-37
第四章两片ADC构成ZOOM采集系统的设计与实现  37-54
  4.1 系统方案设计  37-42
    4.1.1 器件选择  37-41
      4.1.1.1 A/D芯片  37-38
      4.1.1.2 FPGA芯片  38-39
      4.1.1.3 单片机芯片  39-41
    4.1.2 系统工作原理  41-42
  4.2 系统实现  42-54
    4.2.1 A/D变换的实现  42-45
      4.2.1.1 模拟输入电路  42
      4.2.1.2 孔径抖动对电路的影响  42-43
      4.2.1.3 时钟输入电路  43-44
      4.2.1.4 电源、接地和去耦  44-45
      4.2.1.5 对采样单元电路 PCB板的考虑  45
    4.2.2 FPGA的实现  45-49
      4.3.2.1 FPGA资源消耗  46
      4.3.2.2 开关模块  46-47
      4.3.2.3 RAM模块  47
      4.3.2.4 控制模块  47-48
      4.3.2.5 校正模块  48-49
    4.2.3 单片机的实现  49-54
      4.2.3.1 单片机 C语言  49-50
      4.3.3.2 MSP430F149I/O端口  50
      4.3.3.3 MSP430F149存储器特点  50-51
      4.3.3.4 单片机计算精度  51
      4.3.3.5 软件实现  51-54
第五章系统测试结果及分析  54-66
  5.1 ADC的动态参数  54-55
  5.2 A/D转换器动态参数的测试方法  55-58
    5.2.1 频域能量的泄漏问题  56-57
    5.2.2 FFT测试应具备的条件  57-58
  5.3 本系统测试方案及硬件要求  58-59
  5.4 测试结果分析  59-66
结束语  66-67
致谢  67-68
附录实物照片  68-70
参考文献  70-73
个人简历  73

基于两片AD6645高精度数据采集系统研究

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