一种提高数据采集系统动态范围的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数据采集技术领域，特别涉及到提高数据采集系统中模数转换器ADC动态范围的方法。
【背景技术】
[0002]数据采集系统的动态范围是指ADC可以量化的最大信号与最小信号的比值。ADC是数据采集系统中的核心单元，它的最高采样率直接影响到采集系统的带宽，而分辨率对采集系统的动态范围起着决定性作用。现实中ADC器件由于受实现原理和制造工艺的限制，其采样率和分辨率始终是一对相互矛盾的指标。为了克服采样率和分辨率之间的矛盾制约关系，基于多通道的ADC并行采样技术得到了一定应用。
[0003]一种常见的形式称为并行交替采样技术，如专利CN201320066816.5所述，通过将多路采样时间错开的ADC并行采样，然后按照时间顺序将多路采样数据进行合成，使得数据采集系统的采样率进一步提高。这种方法不会改变采集系统的分辨率，不能提高其动态范围。
[0004]文献《一种并行组合采样系统信号重构方法》(航天电子对抗2014，第30期)设计了一种并行组合采样系统，通过多个ADC的量程拼接来实现动态范围扩展。这种单纯靠增加ADC数量的方式对系统动态范围的提高程度有限，当ADC的数量增加一倍，其动态范围仅能提高6dB，如果并行采样的ADC较多，会带来布线同步上的困难以及成本的激增，不利于实际工程实现。
【发明内容】
[0005]本发明旨在提供一种提高数据采集系统动态范围的新方法。
[0006]本发明的技术方案在于:
一种提高数据采集系统动态范围的方法，包括如下步骤:
(1)将数据采集系统接收的模拟信号通过功分器等分为η路并行信号，其中，η多2;
(2)将η路并行信号分别进行不等的幅度缩放，将经幅度缩放之后的每一路信号均分别连接一个ADC ;
(3)对多路ADC并行采样量化后的数据，在数字域通过对应的幅度恢复及数据动态重构算法重新恢复成单路采样信号。
[0007]所述的η个ADC连接同一时钟源。
[0008]所述的在信号调理之后，进入ADC之前还设有模拟时延调整电路。
[0009]所述时钟源为低抖动高精度晶振外加锁相环电路PLL。
[0010]所述的在经过ADC处理之后，还通过数字处理方式进行时延调整。所述的数字处理方式为数据缓存对齐和数据插值，其中，数据插值是指通过数据采集系统的原始采样数据生成的正确位置的采样点数据。
[0011]所述的数据动态重构算法依据最小量化误差准则，在信号未被限幅的情况下，优先选择量化误差最小的通道采样数据。
[0012]本发明的技术效果在于:
数据采集系统的动态范围是指ADC可以量化的最大信号和最小信号的比值。本发明将采样信号分成η路，η ^ 2，每个通道对信号幅度进行不同程度的缩放调理，采用较少数量的ADC，增大了可量化信号的幅度范围，同时保证了对小信号的量化精度，大幅提高了数据采集系统的动态范围。优选地，通过对所有ADC使用同一时钟源控制并通过时延调整消除各通道之间的时延误差，以保证多路并行采样信号能够低失真地重构为一路信号。
【附图说明】
[0013]图1为本发明数据采集系统示意图。
[0014]图2是彳目号插值时延调整不意图。
【具体实施方式】
[0015]一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:包括如下步骤
(1)将数据采集系统接收的模拟信号等分为η路并行信号，η多2;
(2)将η路并行信号分别进行不等的幅度缩放，将经幅度缩放之后的每一路信号均分别连接一个ADC ;
(3)对多路ADC并行采样量化后的数据，在数字域通过对应的幅度恢复及数据动态重构算法重新恢复成单路采样信号，其中，数据动态重构算法依据最小量化误差准则，在信号未被限幅的情况下，优先选择量化误差最小的通道采样数据。
[0016]其中，η个ADC还连接有同一时钟源。在信号调理之后，进入ADC之前还设有模拟时延调整电路。时钟源为低抖动高精度晶振外加锁相环电路PLL。在经过ADC处理之后，还通过数字处理方式进行时延调整，其中，数字处理方式为数据缓存对齐和数据插值，其中，数据插值是指通过数据采集系统的原始采样数据生成的正确位置的采样点数据。
[0017]实施例1
以η=2两通道并行采样系统进行举例:
将接收的模拟信号送入功分器，分成2路并行信号，对两路信号分别进行幅度缩放。即通道1依次通过信号调理电路1以及模拟时延调整电路1后连接ADC1 ;通道2依次通过信号调理电路2以及模拟时延调整电路2后连接ADC2 ;其中，信号调理电路1为依次连接的衰减器以及限幅器1，信号调理电路2为依次连接的程控增益放大器以及限幅器2。其中，限幅器1与限幅器2的大小设置为ADC的满量程值。即通道1通过衰减器1对信号进行幅度压缩，通道2通过程控增益放大器2对信号进行幅度放大。
[0018]经过调理后，等效于通道1对应的ADC具有更大的量程和较大的量化间隔，专门量化大信号，通道2对应的ADC具有更小的量程和较小的量化间隔，专门量化小信号。ADC采样量化后的两路数据，通过对应的幅度恢复及数据动态重构算法重新恢复成单路采样信号，完成动态范围的扩展。其中所述的动态重构算法是依据最小量化误差准则，在信号未被限幅的情况下，优先选择量化误差最小的通道采样数据。假定通道1对信号衰减了 P dB，通道2对信号放大了 Q dB，则数据采集系统的动态范围可提高Ρ—α?Β。
[0019]对采样率不高、同步精度要求不高的数据采集系统，经过信号调理电路之后的信号在进入ADC之前，通过模拟时延调整电路对信号进行时延误差调整。
[0020]同时，ADC1及ADC2连接同一个时钟源，时钟源采用低抖动高精度晶振外加锁相环电路PLL来提供。
[0021]实施例2
与实施例1不同的是，在高速数据采集系统下，同步精度要求提高，经过模拟时延调整电路的调整后，仍有可能残留一定的时延或相位误差。此时可在数字域采用数字信号处理的方式进行调整。通过数据缓存对齐的方式可以纠正整数倍采样间隔的时延；对于小于1个采样间隔的分数倍时延，需要采用数据插值的方式进行调整，如图2所示，即通过数据采集系统的原始采样数据生成的正确位置的采样点。其他步骤与实施例1相同。
【主权项】
1.一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:包括如下步骤 (1)将数据采集系统接收的模拟信号等分为η路并行信号，其中，η多2; (2)将η路并行信号分别进行不等的幅度缩放，将经幅度缩放之后的每一路信号均分别连接一个ADC ; (3)对多路ADC并行采样量化后的数据，在数字域通过对应的幅度恢复及数据动态重构算法重新恢复成单路采样信号。2.根据权利要求1所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述的η个ADC还连接有同一时钟源。3.根据权利要求1或2所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述的在信号调理之后，进入ADC之前还设有模拟时延调整电路。4.根据权利要求3所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述时钟源为低抖动高精度晶振外加锁相环电路PLL。5.根据权利要求4所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述的在经过ADC处理之后，还通过数字处理方式进行时延调整。6.根据权利要求5所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述的数字处理方式为数据缓存对齐和数据插值，其中，数据插值是指通过数据采集系统的原始采样数据生成的正确位置的采样点数据。7.根据权利要求6所述的一种提高数据采集系统动态范围的方法，其特征在于:所述的数据动态重构算法依据最小量化误差准则，在信号未被限幅的情况下，优先选择量化误差最小的通道采样数据。
【专利摘要】本发明属于数据采集技术领域，特别涉及到提高数据采集系统中模数转换器ADC动态范围的方法。一种提高数据采集系统动态范围的方法，包括如下步骤：将数据采集系统接收的模拟信号等分为n路并行信号，其中n≥2；将n路并行信号分别进行不等的幅度缩放，将经幅度缩放之后的每一路信号均分别连接一个ADC；对多路ADC并行采样量化后的数据，在数字域通过对应的幅度恢复及数据动态重构算法重新恢复成单路采样信号。本发明采用较少的ADC，增大了可量化信号的幅度范围，同时保证了对小信号的量化精度，克服了单个ADC高采样率和高分辨率的矛盾制约关系，提高数据采集系统的动态范围。
【IPC分类】H03M1/18
【公开号】CN105429642
【申请号】CN201510891681
【发明人】郭恩全, 李春滨, 苗胜, 刘雪芬
【申请人】陕西海泰电子有限责任公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月8日