毕业设计（论文）-等效采样中的一种时延调整技术.doc

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 adc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通信工程 刘治 2006级摘要：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 communication engineering ,liu zhi ,grade 2006abstract：with the digital age, the signals has become the mainstream. 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 development 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 sampling. 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 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 principle 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、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，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%的精度等特点，但分辨率不超过12位(市场价格为6000rmb)。1.4等效采样技术具体的应用实例 1探地雷达技术是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。冲击型探地雷达发射信号为无载波的ns级窄脉冲信号，回波信号上限频率为1ghz 以上。如直接实时采集，对a/d 转换器的转换速率要求极高。应用等效时间采样可以解决a/d转换器的转换速率与分辨率的矛盾。 2瞬变电磁法(transient electromagnetic method简称tem)，是探测地下介质电性参数等信息的重要方法之一。它是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次场间歇期间采用接收回线在时间域对二次场进行观测。瞬变电磁法接收机就是用来观测和记录二次场信息的仪器。采用等效采样技术之后，系统可以达到更高的采样率。 72等效采样的介绍2.1两种采样方式 现阶段有两种主要的采样方式：实时采样和等效采样。2.2实时采样 实时采样简而言之就是在采样启动之后顺次采样,一次触发后完成全部采样。这种采样方式可以实时的显示输入信号的波形, 因此适用任何形式的信号波形, 单次的或者连续的，重复或者不重复的。一方面，由于所采集的样点是按时间顺序排列的, 因而易于实现波形的显示功能。 另一方面，实时采样的主要缺点是时间分辨率较差。每个样点的采样、量化、存储都必须在小于采样间隔的时间内完成。根据nyquist 采样定理为能够完成的重建波形采样频率至少应为信号最高频率的2倍, 因此对某些高带宽信号很难实现采样。2.3等效采样 为了解决对高频周期信号难以进行数据采集的这一问题，我们提出了等效采样技术。等效采样是一种常用的采样方法, 通过对周期信号进行多次采样，把从不同周期中采样得到的数据进行重组，来重组一个信号波形。它以增加采集时间为代价,从而降低对高速采样电路的压力。等效采样的优点是：突破实时采样频率的限制，使采样频率可以大大低于输入信号的实际频率，使低速系统能够处理高速信号，降低系统的设计难度以及成本。2.4等效采样的分类 等效采样又分为顺序等效采样和随机等效采样。2.5顺序等效采样 顺序等效采样的基本原理是：周期信号的采集中，采样点的采集按照一个固定的次序进行，每到来一个新的触发事件就采集一个采样点，并将采样值填写到相对应的存储位置上去。其原理图如图2.1所示：图2.1顺序等效采样的原理图 由图2.1可见，经过多轮采样，对波形幅值点的信息依次进行采集，再结合采样信号频率与每次采样的延时时间，便可以恢复输入信号的波形信息。假如原始信号的周期为t，且实施实时采样的间隔为t，则顺序等效采样相当于将原始信号在时间轴上扩大(t+t) t倍，再进行周期为t+t的实时采样。顺序等效采样的关键之处在于：实现一种方案，控制多周期采样中的采样点与触发点的时间差，并按照采样次序将此时间差等间隔延长。其典型应用方案如基于延时单元的顺序等效采样。2.51基于延时单元的顺序等效采样 基于延时单元的顺序等效采样是一种利用固定的时间延时单元，按次序增加延时时间的等效采样技术，原理如图2.2所示：图2.2基于延时采样顺序等效采样原理图由图2.2可以总结出基于延时单元的顺序等效采样方案的原理：第一个触发信号到来以后立刻采集，并将采样数据存入存储器内；等到第二个触发信号到来时，则需要启动一个定时系统，通过定时系统产生一个很小的时间延迟t，经过这个t的延迟时间之后，就可以采集到第二个采样点的数据并立刻存储；同样的，第三个触发事件到来后，定时系统产生2t的延迟时间，采集第三个采样点的数据并存储，按此规律进行下去。也就是说，对第n个采样点的采集是在(n-1)t延迟后进行的。采样结束后，仍然按照这个固定的次序对采样结果进行示波。将采样到的采样点的数据依次读出，即第一个采样点位于屏幕的最左边，采样点依次向右显示波形。这个小的延迟时间t的值，也就是等效采样的采样率。顺序等效采样优点： 1原理非常简单； 2采集的速度快； 3采样点以时间为顺序，这就很容易实现波形恢复。顺序等效采样缺点： 1顺序等效采样的最大障碍在于高精度延时单元，设计足够小的延时单元本身就存在难度，而在实际使用中，还必须要求对延时单元进行编程可控，这就为系统设计带来较高的难度； 2另外，顺序等效采样还存在一个缺点，它仅能对触发点之后的信号进行采样，无法对触发点之前的信号进行采样，也就是不能做到波形的预采样，这一点对于数字存储示波器来说，就无法对触发点之前的信号进行示波，降低了示波器的实用性。2.6随机等效采样 顺序等效采样的一个主要缺点是只能采样触发点之后的信号，为了解决这一问题，引入了随机等效采样。如果在采样信号连续工作情况下，输入信号在满足触发条件后产生触发信号，如果能将触发信号与下一次采样点之间的时间间隔(这个时间间隔小于一个采样信号周期)进行测量，就能得到触发点后到下一个采样点之间的波形点的信息。时间间隔的产生是随机的，采样事件随机发生在触发点之后、下一个采样点之前的所有时间点上，如果所有时间点上的采样事件都发生，就可以采集完成小于一个采样信号周期的波形的信息，如果能够对随机产生的采样数据的位置重新整理，就能将这段波形进行复现从而实现等效采样。其原理图如图2.3：图2.3随机等效采样原理图如图2.3中所示，在随机等效采样中，采样脉冲的频率保持稳定，脉冲与脉冲之间的时间t为一个恒定的值，将这个时间t等分为若干份，图2.3中分为4份.在多次采样中，触发信号与下一次采样脉冲之间都存在一个时间差，如图2.3中的t1、t2、t3、t4。可以根据t1、t2、t3、t4推算出本次采样点相对于触发点的位置，并将本次采样点的数据填充到完整波形数列中的相对位置上去。在一个采样周期内时间差是随机分布，当多轮采样后，采集的数据序列就能完整的填充波形数列。通过对随机采样的数据序列进行排序，就能重构信号的一个完整的采样波形。结合图2.3，信号的复现顺序，就是按照第2次采样值，第4次采样值，第1次采样值和第3次采样值的顺序重新构建起来的。根据等效采样原理可知，实现原理的关键技术是如何将随机产生的相对采样数据，填入完整波形数列中的正确位置，也就是说测量t1、t2、t3、t4分别在t时间段中的相对位置。目前，讨论较多的方法有基于游标卡尺原理的随机等效采样和基于双斜率电容充放电原理的随机等效采样。2.6.1基于游标卡尺原理的随机等效采样 基于游标卡尺原理的随机等效采样方案是根据游标卡尺原理，借助两个时钟源来实现的等效采样，其原理如图2.4所示：图2.4基于游标卡尺等效采样原理图两个时钟源分别是采样时钟和触发时钟。这两个时钟就好像游标卡尺上的主尺和游尺，采样时钟相当于主尺，触发振荡器时钟相当于游尺，不过在这里它们不再是对长度进行测量，而是对时间进行测量。根据随机等效采样的原理，将采样时钟的周期t1等分成100个采样位置，设置触发振荡器时钟的频率比采样时钟的频率略低一点，比如t2=1.01t1（t1和t2分别是采样时钟和触发振荡器时钟的周期）。当系统进入等效采样后，采样时钟始终保持一个固定的频率采样，触发条件到来时，触发时钟立刻起振，根据游标卡尺的原理，在100个采样时钟的周期内采样时钟和触发时钟相位会重合一次（如图2.4中所示）。当相位重合时，通过对触发时钟振荡次数的测量，就可推算出本次采样数据在100个采样位置中的相对位置。基于游标卡尺原理的随机等效采样优点： 1可以实现对信号的预采样功能，大大的扩展等效采样的频率； 2原理简单，实现方法多样； 3测量速度快，测量精度高。该方案同样存在以下难点： 1采样时钟与触发振荡器时钟要绝对精准，并且编程可控； 2触发信号到来时，触发振荡器要立刻起振。2.6.2基于双斜率电容充放电原理的随机等效采样 根据随机等效采样原理可知，如果能精确测量触发时刻到下一次采样脉冲之间的时间间隔t，再结合采样周期时间t，就能推算出当次采样数据在完整波形数列中的正确位置。通常情况下，这个时间间隔t很短，无法直接测量，但是双斜率电容充放电的特性为之提供了可能性。双斜率电容充放电特性如图2.5所示：图2.5基于双斜率电容充放电原理图 利用此特性可以做到：触发信号来到前，电容充电至稳定状态。触发信号来到时，用一个大的电流源将电容内电荷迅速放掉，当下一个采样信号来到的时候停止放电，转而用一个与放电电流源成比例的小的电流源对电容充电，同时开始计时，当检测到电容电压与充电前电压值相等的时候，测出计时时间，根据这个时间推算出充电时间也就是触发信号与下一采样信号的时间间隔，其本质就是将小的时间间隔t等比例放大后进行测量。如图2.5中所示，实现将t等比例放大10倍。基于双斜率电容充放电原理的随机等效采样优点： 1可以实现对信号的预采样功能，扩展等效采样的频率； 2测量的精度高； 3技术已经非常的成熟。该方式存在难点如下： 1要设计复杂的模拟电路； 2波形重建算法。 3延时系统的整体设计3.1延时系统的基本原理 根据第二章对于等效采样这一技术的详细介绍，可以看到，两种等效采样方式，无论是顺序等效采样还是随机等效采样，各自都具有自己的优点，但同样也有不足之处。本方案就是要克服顺序等效采样及随机等效采样的不足之处，取两者之精华，从而整合成一种等效采样方法。这种方式不仅电路简单，而且一次触发能采集一组数据，能实现波形的预采样。图3.1是该方案的系统框图：信号调理 通 道采集模块触发信道样值存储器触发模块液晶显示器微处理器模拟信号采样时钟同步时钟控制模块同步模块延时调节模块图3.1 时延系统的方案图由图可以看出：该系统框图包括信号采集模块部分、触发通道部分、触发模块部分、控制模块部分，还包括时延调节模块部分和同步模块部分。其中信号采集模块主要用于对输入波形进行采集，触发模块的作用是参生触发信号，同步模块的作用是完成同步时钟与输入信号的同步，时延调节模块是该系统里面最为重要的一个部分，主要作用是产生采样时钟和同步时钟，控制模块主要用于控制整个系统，确保系统正常运作。首先，时延调节模块在控制模块的控制下输出采样时钟和同步时钟。其中采样时钟相位在一定范围内精确变化，变化一次，进行一组数据采集，其相位变化是在时延调节模块精准控制下进行的；而同步时钟与采样时钟之间有确定的相位关系，这为以后的信号采集提供了条件；同步模块主要负责将被测输入信号与同步时钟进行同步，只有当输入信号被同步之后才会被输出到采集模块，这个时候，就在采样时钟控制下，进行数据采集；触发信号经触发通道输出到触发模块，触发模块输出触发信号，从而使时延调节模块进行触发。每触发一次，就进行一次数据采集。正常工作时，将被测输入信号与采样时钟同步，即保证被测信号与采样时钟的相位在采样前的那一时刻始终保持一致，然后再精确的步进调节采样时钟与信号同步时钟间的相位差，经多次重复采集后，按照相位的前后关系，将每次采集的数据拼合在一起，让所有采集到的数据安造原始波形的位置排序，即可以恢复出一个完整的波形。这样做大大的提高了信号的等效采样率，并且能够大幅度提高对波形一些细节方面的观察能力。同时，采样可以与触发事件无关，这些采样点之间的时间间隔为一已知的时间，由采样时钟来确定，当系统在等待触发事件到来时，其内部就在连续的进行采样并将结果储存起来，因此能够设置预触发深度，观察剑触发前的信号。图3.2采样示意图图3.2是本方案采样示意图。由图可以看出，相邻两次采样的时钟延时为t，这与顺序等效采样是一样的，但每一次触发不只是得到一个采样点而是可以得到一组采样点，而这一点恰恰又同随机等效采样是一致的。同时采样仅仅依赖于采样时钟，因此，能够设置预触发深度，不仅仅可以观察到触发后的信号，还可以观察到触发前的信号，也就是实现了预采样功能。3.2时延调节模块的具体设计 图3.3是时延调节模块原理框图。首先，将被测输入信号输入到可编程延时线中，同时另一路输入到比较器中，以将其转换成数字脉冲信号，然后将转换而来的数字脉冲信号与同步脉冲一起输入到数字鉴相器中，数字鉴相器输出相位差信号，紧接着将其输入到可编程延时线中，将被测输入信号进行延时，最后达到的效果是：被测输入信号与同步时钟完成同步。可编程延迟线数字鉴相器同步时钟同步输出模拟输入比较器图3.3时延调节模块图3.3整个过程的简单流程图根据所采用的实时采样率以及选择fpga的不同，就可以设计出不同精度的时延调节器。例如，采用200mhz采样率的adc，时延调节步进是1250，则相位的时延调节精度是5nsl250=20ps，等效采样率可达50gsps，在目前来讲，这已经算非常高的采样率了。其他数据也可以参照算出来。图3.4是该方案的工作流程图。第一步，初始化采样时钟相位，设置预触发和重复采集次数，假定设为n，第二步，在微处理器和控制模块的控制下，开始对被测输入信号进行采集，每采集一次后，都必须微调采样时钟相位，第三步，判断当前采集次数是否等于n，如果少于n，继续进行采集，一直到采样次数等于n时，停止采集，第四步，按采集次序拼合各次采样数据，并且显示出来。开始y初始化时钟相位设置欲触发及重复采集才次数n 采集微调时钟相位当前采集次数等于n？按采样次序整理采样数据显示n图3.4 系统流程图3.4设计方案所用器件的选择3.4.1 adc的选择 本设计方案选择ad9481作为adc。ad9481是一款8位单芯片模数转换器（adc）,专门针对高速和低功耗进行了优化。该产品尺寸小且易于使用,转换速率为250 msps,在整个工作范围内都具有出色的线性度和动态性能。为使系统成本和功耗达到最低,ad9481内置了一个基准电压源和采样保持电路。用户只需要提供一个3.3 v电源和一个差分编码时钟。对于大多数应用来说,无需外部基准电压源或驱动器件。数字输出为ttl/cmos兼容,可选择二进制补码或二进制输出格式。各输出数据位以交错方式与输出时钟一同提供,简化了数据采集。ad9481采用44引脚表面贴装无铅封装（tqfp-44）,额定温度范围为-40c至+85c工业温度范围。3.4.2fpga的选择fpga(field programmable gate array)即现场可编程门阵列，它是在pal、gal、epld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(asic)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。fpga的使用非常灵活，同一片fpga通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。fpga在通信、数据处理、网络、仪器、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，fpga还将进入更多的应用领域。fpga采用xilinx公司的spartan系列fpga，这一系列的fpga专门增强了时钟控制单元的功能，其中的dcm(digital clock manage)时钟控制模块即可实现对输入时钟的精确调相，适用于高速信号处理的应用。总结本文通过对信号采集方式的详细介绍，对多种方案都进行了比较，并通过整合顺序等效采样与随机等效采样两种采样方式设计出了一套基于延时技术的等效采样方案，本方案可实现gsps级等效采样速率的高速数据采集系统，不仅达到了高等效采样率的要求，而且电路简单，大大降低了成本，这套方案具有很高的现实意义，能够给我们解决一些技术上的难题，而且能够节约成本。我们可将其应用到诸多时域测试系统中，如高速数字化仪、数字存储示波器等，为民用、军工电子设备提供更高指标的现代测试手段。参考文献：1 夏立民.基于顺序采样的高速数据采集系统d .武汉：武汉大学，2005.2 张宝东，王省书，战德军.基于ad9501串联的顺序等效时间采样设计j.电子测量技术，2008,31（11）：p66-p68.3 陈小桥，刘爱荣.基于等效时间采样的高速数据采集技术j。电测与仪表，2002，8：p14-p16.4 陆珉，黄春琳，粟毅.用于高速脉冲回波采集等效采样模块j.电子测量技术，2005，6：p93-p94.5 曾浩，王厚军.一种时延调整技术实现等效采样的方法研究j.仪器仪表学报 2008,29：p24-p26.6 石明江.100mhz数字存储示波器等效采样的研究d .成都：电子科技大学，2006.7 宋勇，李清宝，白燕，曾光裕。高精度实时数据采集系统的实用设计j.微计算机信息，2005,21.p36-p38.8 kester w. high speed design techniques m .analog devices inc. 1996.致 谢本论文在开题和写作过程中，得到了我的指导老师余慧敏的精心指导，在此向余老师表示衷心的感谢和真诚的祝福。在开题时还得到了王玲、程俊、袁莉芬老师的指点。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。在本人论文写的作过程中，参考了许多已出版和已公开发表过的论文，吸收或引用了一些专家和作者的科研成果，在此谨对这些作者们表示衷心的谢意。本文写作过程中虽得到余慧敏老师的精心指导，但由于本人水平有限，文中难免有些不完善之处。我将在以后的工作和学习中不断努力，提高自己水平。希望我以后更加用心去学习自己的专业知识，用科学武装自己的大脑，为我国的通信行业贡献自己的一份力量。12专业英语文献中文译文：对于高速周期信号的等效时间采样1介绍多年来，数字存储示波器使用一种称为等效时间采样（ets）的采样方式采集频率极高且重复的信号。今天，因为在计数器/计时器技术的新进展，等效时间采样在基于电脑上的数据采集板上成为可能。这些直流型应用板块，如温度或压力测量，现在用来测量高速，重复的信号。这些信号的频率远远超过了数据采集板的采样频率。 一个数据采集装置的采样率表明有多少次模数转换发生。运用具有更高采样率的设备，您就能够更好的重建原始信号。奈奎斯特准则指出，采样率必须至少是输入信号最高频率分量的2倍。例如，音频信号最高频率是20 khz，因此，您需要有一个采样率至少为40khz/s的数据采集器来获取原始信号。电子设备往往产生的频率成分往往比音频信号的高，许多普通的a / d转换器的采样率不够快，不能数字化那些信号。 如果你要捕获一个重复的，稳定的信号，其最高频率分量大于你的数据采集设备的采样率的二分之一，你必须使用等效时间采样。该数据采集结合灵敏度时间控制芯片，加上仪器e系列板上模拟触发电路，使得等效时间采样在通用的插入式数据采集板上实现。例如，at-mio-16e-2的最大采样速率为500 ks / s，利用等效时间采样，该板块能够以20m/s的等效采样率对周期信号进行采集。然而，输入放大器的模拟带宽包含有用的重复信号的最高频率。2等效时间采样 等效时间采样是一种采样技术，它用于采样样最高频率成分远远高于数据采集器实时采样率的信号。不像实时采样，复杂的计数器/定时器控制数学等效采样。等效时间采样严格要求输入波形是在整个采样过程中周期重复。一个模拟触发器用来定期的模拟触发a / d转换器，其时间间隔逐渐增加（如图1所示）。为了进行快速采样，数模转换器只有当接收到触发信号时才开始对信号进行数字化。数模转换器从一列波形中取样一点以重建原始波形。因此，此次采集不再受限于adc的转换率。图1取至输入波形几个周期的抽样点3等效时间采样计数器/定时器操作三个复杂定时和触发装置是一个等效采样板块的核心。这些装置是硬件模拟触发，可重复触发脉冲产生器，自动递增装置。大多数插入式采样板块缺乏必要的的电路去实现这三个装置。无论是amd公司的9513a还是8253/8254，这三种最常用于数据采集板板的芯片，他们都不能产生此类的触发信号。通常，您必须在多功能数据采集板添加外部的电路来产生触发信号。然而，数据采集结合灵敏度控制芯片（daq-stc），专用集成电路设计的一个专门为美国国家仪器数据采集及控制系统，与板上模拟触发电路的结合，可以生成复杂的定时和触发信号实现等效时间采样4硬件模拟触发 等效时间采样沿着重复输入波形的触发点作为系统采样开始点。模拟触发电路监控波形的输入电压。当输入电压高于触发电压，产生高平的tt；当输入电压高于触发电压时，产生一个低平的ttl。因此，每次触发信号到来一次，模拟触发电路控制采集板块发生下一次采集（图2）。图2。硬件模拟触发信号 也可以设置一个窗口用来选择两个电压，当信号“进入”或离开“窗口”时，电路产生触发信号 (图3) 。图3。采样触发的延迟5可重触发脉冲的产生 模数转换器只有当它收到一个命令脉冲时才开始采样。在实时采样中，转换计数器产生一个脉冲序列，使得模数转换器在输入波形上进行一系列采集。然而，在等效时间采样中，转换计数器只能产生一个采样脉冲，只能进行一次采样。这种采样脉冲每个新出现的波形之前再次产生。可重触发脉冲的产生，是指一个计数器/定时器能够产生针对每从低到高（或高到低）的门信号相关的单脉冲信号。在daq-stc上，您可以配置的计数器（gpctr），生成从低到高（或高到低）过渡的门信号相关脉冲。如图4所示，脉冲会产生一些时间（t1）门后的过渡期。您可以对延迟时间t1进行编程设定。您还可以设定脉冲持续时间t2。请注意，门信号在t1到t2的过渡期间将不会产生另外的脉冲。图4重复触发脉冲的产生6自动递增 如果每一次adc采样只使用可重复触发脉冲波形的发生，沿重复信号相同点总是被数字化， 即点对应于模拟触发。因此，需要一种方法，使在不同的波形出现不同的adc采样点。 自动递增这种法是控制等效时间采样的计数器/定时器一个重要方法。图5重复触发脉冲生成与自动递增自动递增计数器产生脉冲转换之前增加延迟到adc生成（图5）。该daq-stc有专门的电路，使他们能够在每次产生一个脉冲前增加延迟。dt将用来形容这种时间增量，其值可以编程设定。专业英语文献原文：equivalent time sampling for high-speed repetitive signals1.introductionfor years, stand-alone digital storage oscilloscopes (dsos) have used a sampling method called equivalent-time sampling (ets) to sample extremely fast, repetitive signals. today, because of new advances in counter/timer technology, ets is available on pc-based, multifunction data acquisition (daq) boards. the same boards that are ideal for dc-type applications, such as temperature or strain measurements, are now also useful for measuring fast, repetitive signals whose frequencies are greater than the acquisition rate of the board. the sampling rate for a data acquisition device indicates how often analog-to-digital (a/d) conversions occur. using a device with a higher sampling rate, you obtain a better reconstruction of the original signal. the nyquist criterion states that the sampling rate must be at least two times the highest frequency component of the input signal. for example, audio signals have frequency components up to 20 khz; therefore, you need a data acquisition device with a sampling rate of at least 40,000 samples per second (40 ks/s) to properly acquire these signals. electronic devices often produce signals with frequency components much higher than those of audio signals, and many common a/d converters are not fast enough to digitize those signals.if you want to capture a repetitive, stable signal whose highest frequency component is greater than one-half the sampling rate of your daq device, you must use ets. the daq-stc counter/timer chip, in combination with analog triggering circuitry available on some of the national instruments e series boards, makes ets possible with general-purpose plug-in data acquisition boards. for example, the maximum sampling rate of the at-mio-16e-2 is 500 ks/s. using ets, the board is able to sample repetitive signals at an equivalent sampling rate of 20,000,000 s/s (20 ms/s). however, the analog bandwidth of the input amplifier contrains the maximum useful repetitive signal frequency.2.equivalent-time samplingets is a sampling technique used to sample signals whose highest frequency components are much higher than the real-time sampling rate of the a/d converter (adc). unlike real-time sampling, complex counter/timers control ets conversions. ets strictly requires that the input waveform be repetitive throughout the entire sampling cycle. an analog trigger is used to arm a counter, which in turn triggers the a/d conversion at progressively increasing time intervals beyond the periodic analog trigger (as shown in figure 1). instead of acquiring samples in rapid succession, the adc digitizes only when a trigger from the counter is received. the adc digitizes one point from several occurrences of the input waveform and uses the samples to recreate the shape of the signal. as a result, the acquisition is no longer limited by the conversion rate of the adc.figure 1. ets waveform recreated from samples taken from several cyclesof the input waveform3.ets counter/timer operationsthree complex timing and triggering mechanisms are at the core of ets on a daq board. these mechanisms are hardware analog triggering, retriggerable pulse generation, and auto-incrementing. most plug-in daq boards lack the necessary circuitry to implement these three mechanisms. neither the amd 9513a nor the 8253/54, three of the most commonly u