時間交替采樣技術(shù)及應用研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)在各個領(lǐng)域的應用和發(fā)展，人類正逐步邁向信息數(shù)字化和設(shè)備智能化的新時代，信息數(shù)字化處理技術(shù)成為研究的熱點。信息信號的數(shù)字化處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)作為核心器件，其采樣位數(shù)和采樣速率是衡量采集系統(tǒng)的兩大指標。在現(xiàn)有的工藝條件下，單片ADC的采樣位數(shù)和采樣率相互限制，無法同時滿足高速度和高精度的采樣需求。然而，時間交替采樣(Time-interleaved ADC，TI

2、ADC)技術(shù)在保證采樣精度的前提下，可提高信號的采樣率，具有重要的研究意義和應用價值。
　　TIADC采樣技術(shù)采用N片高精度的ADC構(gòu)成采樣電路，每片ADC交替采樣，再重組成一路采樣率f s的數(shù)據(jù)輸出，以滿足高精度高采樣率要求。TIADC采樣技術(shù)能有效解決采集系統(tǒng)同時滿足高速度和高精度需求的矛盾，在工程方面體現(xiàn)出巨大的應用價值。通過對TIADC采樣理論的研究，提出自適應時間交替數(shù)據(jù)采集。結(jié)合時間交替采樣電路的多路并行特點，并通過改

3、進電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化相關(guān)工程算法，使時間交替采樣技術(shù)在工程應用中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。因此，本文首先研究TIADC采樣理論，并實現(xiàn)自適應時間交替數(shù)據(jù)采樣；然后基于自適應TIADC采樣技術(shù)，結(jié)合快速傅里葉(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)和復相關(guān)算法，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化和算法優(yōu)化等方面作進一步研究。本文主要從以下四個部分展開研究：
　　1.自適應時間交替采樣技術(shù)及實現(xiàn)：研究時間交替采樣理論和時延估計方法，并針對多通道間的時間

4、失配誤差，采用相位譜法對進行時延估計，利用Farrow濾波器實現(xiàn)誤差補償，提出一種帶時間補償?shù)淖赃m應TIADC數(shù)據(jù)采集，并基于FPGA加以實現(xiàn)，為后續(xù)TIADC采樣技術(shù)的拓展研究奠定基礎(chǔ)；
　　2.基于自適應時間交替采樣的頻譜分析：分析頻譜模塊工作原理，研究頻譜分析的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并基于自適應TIADC數(shù)據(jù)采樣的設(shè)計基礎(chǔ)，通過邏輯控制模塊，實現(xiàn)時延估計電路和信號頻譜分析電路的FFT功能模塊選通，設(shè)計出一種復用FFT結(jié)構(gòu)的自適應TIAD

5、C頻譜分析；
　　3.基于自適應時間交替采樣的頻率估計：研究復相關(guān)頻率測量原理，改進頻率估計參數(shù)，實現(xiàn)基于自適應TIADC采樣的測頻方案。通過信號的TIADC預處理得兩路正交信號，再分別作TIADC采樣，并結(jié)合采樣電路的并行特點，實現(xiàn)一種測頻精度高、計算速度快的自適應TIADC分時復相關(guān)測頻；
　　4.基于自適應時間交替采樣的流速測量：研究寬帶多普勒測速和復相關(guān)測頻原理，實現(xiàn)基于自適應TIADC采樣的寬量程流速測量。結(jié)合自適

6、應TIADC的頻率估計,采用并行復相關(guān)估計頻偏量；針對復相關(guān)測頻量程的局限性，采用時延測量流速作為修正依據(jù),從而實現(xiàn)一種寬量程高精度的自適應TIADC流速測量。
　　本文所設(shè)計方案均基于高速高精度的TIADC采樣技術(shù)展開研究，在以Xilinx FPGA，型號XC6SLX45-2CSG324為主控芯片，四路AD7980構(gòu)成采樣電路搭建的硬件平臺下完成實驗驗證，實驗表明，基于高速高精度的時間交替采樣技術(shù)，所設(shè)計方案的相關(guān)性能指標有明顯