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四通道时间交替采集系统设计

四通道时间交替采集系统设计

作者：吴兵电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子信息技术的高速发展,需要测量分析的信号呈现出高频高带宽和瞬态性特征,这就要求采集系统具备更高的带宽、采样率和存储深度。由于目前ADC自身指标有限,单片ADC不能满足系统采样率的指标。因此,搭建并行架构的时间交替采集系统... 详细信息

随着电子信息技术的高速发展,需要测量分析的信号呈现出高频高带宽和瞬态性特征,这就要求采集系统具备更高的带宽、采样率和存储深度。由于目前ADC自身指标有限,单片ADC不能满足系统采样率的指标。因此,搭建并行架构的时间交替采集系统成为提升系统采样率的有效方法,但并行的采集架构对多器件间的同步有较高要求,且不同采样路径间的非一致性会导致系统产生失配误差,另外,在宽带采集系统中,频响的非理想性也会产生误差,从而限制系统性能,导致无法精确重构原始输入信号。本文针对以上问题进行了研究,主要内容如下:1.多路同步采样时钟实现。设计三级时钟树结构,满足了系统对于多路可调延时的同步采样时钟的需求。2.高速并行数据同步接收和大容量存储实现。设计数据串并转换结构,并对路径延时进行自校正控制,解决了高速数据同步接收问题;设计多ADC数据随路时钟同步复位模块,确保了多FPGA间数据接收、存储和拼合的同步;基于DDR3设计了大容量存储方案,扩展了系统的存储深度。3.系统误差校正方案设计。本文对系统误差进行了分类校正,设计硬件自校正算法配合软件完成固定失配误差校正,提升了误差校正效率;基于数字时间交替采样模型设计了采样非一致性误差校正方案,解决了误差随输入信号频率变化而变化的问题,保证了系统在高频段的采集性能;采用估计方法得出系统幅频和相频响应与理想系统间的差异频响,并通过级联滤波器组对误差进行校正。4.频域误差校正硬件实现及优化。采用基于频域重叠帧的主从路径校正结构,在频域实现滤波,保证了误差校正的实时性;设计频域抽取算法,将IFFT点数减少为数据帧的四分之一,解决了误差校正计算量过大、硬件资源消耗过高问题。本文通过上述方案实现了四通道时间交替采集系统,经测试系统采样率为40GSPS,输入带宽为5.4 GHz,存储深度为4 Gpts,误差校正后系统全带宽内SFDR平均提升12.23 dB,有效位数平均提升1.35 bits,幅频响应波动由4.71 dB降低至0.91 dB,上升时间由86.02 ps提升至72.99 ps,系统性能得到较大提升。

关键词：数据采集系统时间交替多片同步失配误差频域抽取

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基于时间交替的数据采集系统设计与实现

基于时间交替的数据采集系统设计与实现

作者：刘铮国防科学技术大学

学位级别：硕士

功耗攻击对密码芯片的安全很具威胁,它通过采集密码芯片的瞬态功耗信息从而推算其密钥,是一种有效的攻击手段。为了更好的进行功耗攻击,针对密码芯片工作频率高,加密部件占总芯片比例较小等特点,本文设计了一套高速高精度的瞬态功耗采... 详细信息

功耗攻击对密码芯片的安全很具威胁,它通过采集密码芯片的瞬态功耗信息从而推算其密钥,是一种有效的攻击手段。为了更好的进行功耗攻击,针对密码芯片工作频率高,加密部件占总芯片比例较小等特点,本文设计了一套高速高精度的瞬态功耗采样系统。时间交替采样是在保证精度的前提下提高采集速度的一种有效方法,它采用多片相对低速的高精度ADC按照时间交替的方式并行采样。本文针对时间交替数据采集系统通道失配误差的校正问题,提出了一种频域时域相结合的校正方法。该方法采用板载信号源,校准源时钟和采集时钟同源同步,基于FARROW结构的滤波器补偿误差等多种手段,提高了通道失配误差校正的准确性。实测结果表明:ADC在5GSPS采样率的情况下,校准后SNR和SINAD提升达到30%,SFDR提升达到60%,说明该方法对误差有很好的校正效果。时钟抖动对时间交替采样系统的精度有较大影响。本文采用时钟源改进、分频器和带通滤波器的使用、时钟链路元件数量缩减等一系列抑制抖动的方法,设计实现了一个超低抖动的时钟产生电路。实测结果表明:该电路产生2.5GHz时钟时,噪声抖动仅有89.0fs RMS,满足了时间交替数据采集系统的需求。以前述技术为基础,本项目组设计并实现了一套基于时间交替的数据采集系统,它由模拟信号输入、时钟产生分配、电源管理、模数转换、数据接收缓存和数据处理上报六个子模块组成,对整个系统性能的实测结果表明:该系统在达到5GSPS采样率的同时,采样精度达到8位以上。

关键词：功耗攻击时间交替通道失配时钟抖动

基于时间交替并行采样的超高速数据采集系统硬件设计

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通信对抗 2014年第2期33卷 35-39页

作者：侯跃伟徐欣国防科学技术大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

现代雷达、通信系统、卫星等各项技术的发展,对数据采集系统的速度和精度都提出了越来越高的要求。受现有器件制造技术的影响,传统结构的ADC(Analog to Digital Converter)在突破高速高精度上受到了限制,而时间交替并行采样(Time-interl... 详细信息

现代雷达、通信系统、卫星等各项技术的发展,对数据采集系统的速度和精度都提出了越来越高的要求。受现有器件制造技术的影响,传统结构的ADC(Analog to Digital Converter)在突破高速高精度上受到了限制,而时间交替并行采样(Time-interleaved parallel sampling,TIPS)技术为此提供了一条可行思路。对时间交替并行采样理论进行了研究,并基于此进行了一种超高速数据采集系统的硬件设计,保证数据处理部分能够得到可处理的两路5GSps、10bit信号。

关键词：并行采样时间交替 ADC 超高速

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高速并行采样中时间非均匀性测试与校准方法

计量学报 2010年第4期31卷 354-358页

作者：潘卉青田书林叶芃曾浩电子科技大学自动化工程学院四川成都611731

并行交替采集系统中，由于各采样通道间时间延迟不一致引入的偏差使得输出采样序列非均匀，严重地降低了系统性能。现有盲估计算法计算量大，无法实现工程应用。通过分析采样样本统计变化趋势，提出了一种计算量更小的采样通道延迟估计... 详细信息

并行交替采集系统中，由于各采样通道间时间延迟不一致引入的偏差使得输出采样序列非均匀，严重地降低了系统性能。现有盲估计算法计算量大，无法实现工程应用。通过分析采样样本统计变化趋势，提出了一种计算量更小的采样通道延迟估计算法，并采用分数延时滤波器完成校正，降低了设计难度与成本，系统校正性能和实时性高，适于工程实现。

关键词：计量学时间交替数据采集采样通道间延迟时域测量

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并行采集系统通道失配误差测量及校正

电子科技大学学报 2006年第3期35卷 313-316页

作者：邓琳吕幼新王洪电子科技大学电子工程学院成都610054

并行时间交替采样结构是一种有效地提高采样率的方法,但在采用此结构的采集系统中,多个ADC通道间的失配误差严重影响采集系统的性能,国内外对失配误差的测量和校正多采用加测试信号的方法。该文通过理论分析得出一种不需要测试信号且适... 详细信息

并行时间交替采样结构是一种有效地提高采样率的方法,但在采用此结构的采集系统中,多个ADC通道间的失配误差严重影响采集系统的性能,国内外对失配误差的测量和校正多采用加测试信号的方法。该文通过理论分析得出一种不需要测试信号且适用信号范围广泛的误差测量算法,并对国外文献中盲算法估计时间误差的方法进行了改进。计算机仿真证实了该方法对误差的估计有极高的精确度,能有效地提高采集系统性能。

关键词：时间交替增益误差偏置误差时间误差盲算法

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一种并行系统时基误差自适应估计方法

仪器仪表学报 2009年第11期30卷 2268-2272页

作者：潘卉青田书林曾浩叶芃电子科技大学自动化工程学院成都611731

在并行采集系统中,通道间时基延迟的不一致性严重降低了系统性能。针对时间延迟估计算法多基于时域实现,需进行复杂的插值运算以获取采样间隔非整数倍时基延迟的问题,本文基于时基误差的频域模型,将通道间的误差信号建模为自适应滤波器... 详细信息

在并行采集系统中,通道间时基延迟的不一致性严重降低了系统性能。针对时间延迟估计算法多基于时域实现,需进行复杂的插值运算以获取采样间隔非整数倍时基延迟的问题,本文基于时基误差的频域模型,将通道间的误差信号建模为自适应滤波器,提出了一种无需插值的估计算法。计算机仿真及实际应用验证结果表明,该方法能动态跟踪时基延迟变化,有效地估计通道时延,具有迭代次数少、运算量小、实时性高的特点。

关键词：数据采集时间交替采样时基延迟频域变换自适应

一种基于Farrow滤波器的并行采样时间误差校正

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电子测量与仪器学报 2010年第1期24卷 50-54页

作者：刘艳茹田书林王志刚潘卉青电子科技大学自动化工程学院成都611731

用Farrow结构滤波器对并行采样信号进行时间误差校正,通过DSPBuilder软件将设计的滤波器模型转化为硬件语言,利于FPGA实现。此方法在时间误差改变的情况下也无需改变滤波器系数,易于实时校正,适用范围宽广。随着过采样倍数的增大或滤波... 详细信息

用Farrow结构滤波器对并行采样信号进行时间误差校正,通过DSPBuilder软件将设计的滤波器模型转化为硬件语言,利于FPGA实现。此方法在时间误差改变的情况下也无需改变滤波器系数,易于实时校正,适用范围宽广。随着过采样倍数的增大或滤波器阶数的增加,校正后信号无杂散动态范围SFDR提升幅度增大。实验结果表明该方法能有效抑制时间误差所引入的杂散频谱,提高信号的无杂散动态范围,具有较高可行性。

关键词：时间交替时间误差 Farrow滤波器无杂散动态范围

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一种噪声情况下多通道时间延迟误差估计方法

一种噪声情况下多通道时间延迟误差估计方法

2008中国仪器仪表与测控技术进展大会

作者：潘卉青田书林电子科技大学自动化工程学院

在并行采集系统中,由于各通道时间延迟不一致引入的偏差使得输出采样序列非均匀,严重地影响了系统的性能指标。已有时间延迟估计算法大多在假定没有其他通道失配误差的情况下进行,这在实际中是无法严格保证的。因此本文从信号相关谱特... 详细信息

在并行采集系统中,由于各通道时间延迟不一致引入的偏差使得输出采样序列非均匀,严重地影响了系统的性能指标。已有时间延迟估计算法大多在假定没有其他通道失配误差的情况下进行,这在实际中是无法严格保证的。因此本文从信号相关谱特性出发,通过分析数据样本间的相关函数,给出一种多通道系统的时间延迟估计算法。该方法在通道同时存在其他误差时也能有效地估计通道延时。

关键词：数据采集时间交替采样时间延迟频域变换

来源： cnki会议评论

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超高速并行采样系统误差分析与校正方法研究

超高速并行采样系统误差分析与校正方法研究

作者：徐伟华中科技大学

学位级别：硕士

微弱电信号的测量需要更高的信号转换速度及采样精度,故对采样系统的速度、精度提出了更高的要求。在市场芯片性能、工艺受限的情况下,要设计采样率达20GHz的采样系统,可采用基于时间交替的多通道ADC板级并行采样的方式实现。系统并行... 详细信息

微弱电信号的测量需要更高的信号转换速度及采样精度,故对采样系统的速度、精度提出了更高的要求。在市场芯片性能、工艺受限的情况下,要设计采样率达20GHz的采样系统,可采用基于时间交替的多通道ADC板级并行采样的方式实现。系统并行采样时,通道间的不一致性将引入失配误差,为保证系统采样性能,需研究失配误差校正方法。本文具体的研究内容如下:首先,根据采样系统的指标要求,结合现有条件,确立以时间交替的方式实现超高速并行采样系统,并进行理论推导验证;基于系统实现方法,完成系统关键器件的选型及多路时钟设计,搭建超高速并行采样系统的硬件实现总体框图,为并行采样系统的硬件实现提供可行性参考。其次,从失配误差的来源出发,分析失配误差在并行采样系统中的时、频域特性,明确失配误差对系统性能的影响机制,完成失配误差的数学建模;在Matlab中建立并行采样系统失配误差模型,并对三种失配进行误差仿真分析;提出并行采样系统动态性能评估方法,分析失配误差影响下系统的动态性能;根据硬件实现时所选的ADC芯片,计算系统失配误差的极限值,用以后续衡量算法的校正性能。然后,对失配误差校正算法进行深入研究,提出了参考系统校正算法以及统计校正算法;前者需要设立额外并行参考通道获取通道间的失配误差信息,后者主要利用采样后数据的统计规律估计失配误差值;利用并行采样系统失配误差模型对两种算法进行仿真验证,并对算法校正后系统的动态性能进行对比分析,确定系统以统计校正算法为系统校正方案。最后,利用ADC评估板搭建两通道并行采样系统平台,利用该平台完成校正算法的对比试验,对系统误差校正方案的实用性进行验证。

关键词：时间交替并行采样系统方案设计失配误差模型误差校正算法