专利名称：变频采样方法
变频采样方法-.技术领域
本发明公开的变频采样方法属电子测试与信号采集技术领域，具体涉及的是一种根据被测信号的特征变化来改变推地址频率实现变频采样的方法。二.背景技术
采样频率决定采样信号的质量和数量。采样频率太高，会使采得的信号数量剧增， 占用大量的存储单元；采样频率太低，会使模拟信号的某些信息丢失，这样若将采样后的信号恢复成原来的信号，会出现失真现象。因此为了达到最佳效果，必须根据信号的特点，选择合适的采样频率。
根据奈奎斯特采样定理，对于带宽有限的被测信号，采样频率是被测信号最高频率的两倍时，即可保证信息不丢失。然而在实际应用中复杂的被测信号变化多种多样，有时变化快，有时变化慢。因此，仅由信号的最高上限截止频率确定采样频率，采集某一物理过程不一定是最优的，特别是针对恶劣环境存储动态测试的低功耗、微体积等特殊要求，需要非常大的存储空间是不现实的。同时，有些情况下无法采用单一采样频率对被测信号进行采集和记录。于是采用变频采样的采样方法是很好的选择。
目前，针对恶劣环境存储动态测试的复杂情况普遍采用变频采样的方法，即根据信号的变化快慢特征将某一测试过程分为η个阶段，并且设置η个触发信号，待第一阶段触发信号有效时，以频率1进行采样；待第二阶段触发信号有效时，以频率&进行采样……待第η阶段触发信号有效时，以频率fn进行采样。即针对同一个测试过程的不同阶段，根据触发信号的不同改变采样频率，即变采样的间隔时间，达到最优的采样结果。总的原则是信号快速变化的高频部分采用高采样频率，信号缓慢变化的低频部分，采用低采样频率。
上述根据信号特征改变采样频率的变频采样方法有其局限性，①它是采用变间隔时间对模拟信号抽点采样，本质上是在信号源头进行信号的抽点采样，这样数据完全恢复是不可能的。②当改变采样频率的触发信号有效时，即改变采样频率时A/D转换需要建立时间，这一瞬间的A/D转换不稳定，甚至采样数据可能会出现错误。本发明的变频采样方法提供了一种较好的方法，它克服了目前变频采样方法的不足，能保证变频采样数据恢复的完整性。三.发明内容
本发明的目的是向社会提供这种变频采样方法，该技术方案克服了目前变频采样方法的不足，可以保证变频采样数据得以完整的恢复。
本发明的技术方案是这样的这种变频采样方法，技术特点在于该变频采样方法是根据被采样信号的特征变化来选择改变存储器推地址频率，实现变频采样的方法，即该变频采样方法是在一个测试过程中，对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化分成若干个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率，对读、写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的若干个子过程之间的变频采样数据，即实现变频采样，其中若干个子过程选择为 1、2、…、η个子过程。所述的被采样信号的特征变化是指被采样信号的频率特征变化。这样可将一个被采样信号按频率特征变化分成若干个子过程并按各个子过程的频率采用相应不同的存储器推进地址的频率再采样，实现对一个复杂过程的变频采样。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有该变频采样方法是在一个测试过程中，以采样频率f；对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化的一个测试过程分成1、2、…、η个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率f\、f2、…、 fi对读写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的η个子过程之间的变频采样数据，实现变频采样，其中η > i。所述的被采样信号的一个复杂变化过程分成η个子过程并按各个子过程采用相应不同的存储器推进地址的频率采样，相应不同的采样频率可能为i个，如果η = i说明每个子过程的采样频率都不一样，如果η > i说明有的子过程的采样频率是一样的。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有所述的对模拟信号进行等间隔抽点采样是采用一个选定的采样频率，对模拟信号进行均勻的等间隔抽点采样。所述的对模拟信号进行等间隔抽点采样，如是采用一个选定的采样频率fo，对模拟信号进行均勻的等间隔抽点采样。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有所述的采用一个选定的采样频率、 与向第一存储器或寄存存储器的写数据频率、存储在第一存储器或寄存存储器的地址推进频率一致。例如采用一个选定的采样频率、与向第一存储器或寄存存储器的写数据频率和存储的地址推进频率都是同一个频率&。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有所述的第一存储器或寄存存储器是具有负延迟功能的存储器。所述的采用一个选定的采样频率&进行模拟信号采样、采样信号A/D转换数字信号、数字信号在第一存储器或寄存存储器中写信号、最后按地址推进频率存储信号，上述四个过程都需要时间，即从模拟采样到按地址推进频率存储，该采样信号到存储时由于经过四个过程有了延时，所以第一存储器或寄存存储器必须是一个具有负延迟功能的存储器。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有所述的一个测试过程若是一个复杂的测试过程，将该测试过程按照信号特征变化快慢分为若干个子过程，各个子过程按照不同采样频率即不同推地址频率对第一存储器或寄存存储器中对应的若干个子过程存储数据进行抽点采样并存储在第二存储器中，在一个测试过程的若干个子过程之间实现变频采样。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有选择采用频率比较模块，对若干个子过程的变频采样频率比较，当第i-Ι子过程采样频率快、第i子过程采样频率慢时，通过频率比较模块控制，启动计数器延迟一段时间再改变第二存储器第i子过程推进地址频率，保证变频采样数据恢复完整。所述的当第i-Ι子过程采样频率快、第i子过程采样频率慢时，由于信号先后有采样、写、存储三个过程，所以通过频率比较模块控制，启动计数器延迟改变第二存储器第i子过程推进地址频率是必要的，以保证第i子过程采样数据恢复完整和整个变频采样数据恢复完整。
根据以上所述的变频采样方法，技术特点还有该变频采样方法可以采用一套电子电路装置实现，该套电子电路装置由模拟信号输入、A/D转换模块、存储模块及其存储器、 时钟或时基电路模块、地址发生器模块、控制模块、时序控制模块、频率比较模块、接口电路等组成。所述的控制模块如是电脑、或数字信号处理器DSP、或可编程逻辑器件等。所述的该套电子电路装置可以实现变频采样方法。
本发明的变频采样方法优点有1.该变频采样方法的技术方案克服了目前变频采样方法的不足，可以保证变频采样数据得以完整的恢复。2.该变频采样方法是根据被采样信号的频率特征变化来选择改变存储器推地址频率，实现变频采样的方法，其中采用了频率比较模块监控能保证变频采样数据得以完整的恢复。3.还设计、研制了该变频采样方法的整套电子电路装置，该装置可实现变频采样方法。这种该变频采样方法值得采用和推四.
本发明的说明书附图共有5幅
图1为实现变频采样方法采用的一套电子电路装置的方框结构图2为A/D的工作时序仿真图3为第二存储器变地址推进时钟实现变频采样功能仿真图4为实现变频采样的功能仿真图5为频率比较模块的电路原理图。
在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中1.模拟信号；2.A/D模块；3.第一存储器；4.第二存储器；5.时钟；6.地址发生器1 ；7.地址发生器2 ；8.控制模块；9.时序控制；10.频率比较模块；11.接口电路；12.复位信号rst ；13.8M 时钟clk8m ;14. A/D转换启动信号convst ；15. A/D转换忙信号busy ；16.读AD转换控制信号frd;17.写入第一存储器控制信号few ;18.第二存储器地址推进频率控制信号clk_ add； 19.第二存储器使能信号en ;20.第二存储器写数据控制信号sram_wr ;21.第二存储器读数据控制信号Sram_rd ；22.向第二存储器写入的数据Sram_din ；23.从第二存储器读取的数据Sram_d0Ut ；24. A/D转换时钟(第一存储器写数据时钟、第一存储器读数据时钟) clk_lm ；25.第二存储器地址推进时钟clk_100k;26.第一存储器使能信号f ifo_en ;27.第一存储器容量控制信号Ien ；28.第一存储器地址fifo_addroUt ；29.第一存储器写入数据 fifo.din ；30.第一存储器读取数据fifo_doUt ；31.触发信号3tri ；32.第k阶段采样频率编程字1^[5:3] ；33.第k+Ι阶段采样频率编程字1^[8:6] ；34.频率比较结果输出数字量 1 ；35.频率比较结果输出数字量0;36.启动计数器控制信号；37.不启动计数器状态标志信号；38.启动计数器状态标志信号；39.第二存储器推地址实际触发信号；IC1、IC2、IC3、 IC4、IC5为集成电路，其中ICl为3位比较器；IC2为第一个与门；IC3为第二个与门；IC4 为计数器；IC5为或门。五.具体实施方式
本发明的变频采样方法非限定实施例如下
实施例一.变频采样方法
该例的变频采样方法具体情况由图1 图5联合示出，这种变频采样方法，技术特点在于该变频采样方法是根据被采样信号的特征变化来选择改变存储器推地址频率，实现变频采样的方法，即该变频采样方法是在一个测试过程中，对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化分成若干个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率，对读、写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的若干个子过程之间的变频采样数据，即实现变频采样，其中若干个子过程选择为1、2、…、η个子过程。所述的被采样信号的特征变化是指被采样信号的频率特征变化。这样可将一个被采样信号按频率特征变化分成若干个子过程并按各个子过程的频率采用相应不同的存储器推进地址的频率再采样，实现一个复杂过程的变频采样。该例的变频采样方法可以采用一套电子电路装置实现，图1示出为实现变频采样方法采用的一套电子电路装置的方框结构图，如图1所示，该例的套电子电路装置由模拟信号输入1，A/D转换模块2，存储模块及其存储器包括第一存储器或寄存存储器3、第二存储器 4等，时钟或时基电路模块5，地址发生器模块6 (地址发生器1)、7 (地址发生器2~)，控制模块8，时序控制模块9，频率比较模块10，接口电路11等组成。所述的控制模块8如是电脑。 图5示出频率比较模块的电路原理图，图5中IC1、IC2、IC3、IC4、IC5为集成电路，其中ICl 为3位比较器，IC2为第一个与门，IC3为第二个与门，IC4为计数器，IC5为或门，对是A/D 转换时钟(第一存储器写数据时钟、第一存储器读数据时钟)clk_lm，31是触发信号3tri， 32是第k阶段采样频率编程字1 [5:3], 33.是第k+Ι阶段采样频率编程字1 [8 6]，34是频率比较结果输出数字量1，35是频率比较结果输出数字量0，36是启动计数器控制信号， 37是不启动计数器状态标志信号，38是启动计数器状态标志信号，39是第二存储器推地址实际触发信号。利用该例的这套电子电路装置可以实现变频采样方法。该例的变频采样方法是在一个测试过程中，以采样频率f^对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化的一个测试过程分成1、2、…、η个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率f\、f2、…、A对读写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的η个子过程之间的变频采样数据，实现变频采样， 其中η > i。图2示出A/D的工作时序仿真图，图3示出第二存储器变地址推进时钟实现变频采样功能仿真图，图4示出实现变频采样的功能仿真图。在该三图中12是复位信号 rst, 13是8M时钟clk8m, 14是A/D转换启动信号convst，15是A/D转换忙信号busy, 16是读AD转换控制信号frd，17是写入第一存储器控制信号few，18是第二存储器地址推进频率控制信号clk_add，19是第二存储器使能信号en，20是第二存储器写数据控制信号sram_ wr, 21是第二存储器读数据控制信号Sram_rd，22是向第二存储器写入的数据Sram_din，23 是从第二存储器读取的数据Sram_d0Ut，24是A/D转换时钟(第一存储器写数据时钟、第一存储器读数据时钟)clk_lm，25是第二存储器地址推进时钟clk_100kJ6是第一存储器使能信号fifo_en，27是第一存储器容量控制信号IenJS是第一存储器地址fifo_addrout， 29是第一存储器写入数据fifo_din，30是第一存储器读取数据fifo_doUt。该例的被采样信号的一个复杂变化过程分成η个子过程并按各个子过程采用相应不同的存储器推进地6址的频率采样，相应不同的采样频率可能为i个，如果η = i说明每个子过程的采样频率都不一样，如果η > i说明有的子过程的采样频率是一样的。该例对模拟信号进行等间隔抽点采样如是采用一个选定的采样频率&，对模拟信号进行均勻的等间隔抽点采样。该例的采用一个选定的采样频率、与向第一存储器或寄存存储器的写数据频率、存储在第一存储器或寄存存储器的地址推进频率一致。例如采用的一个选定的采样频率、与向第一存储器或寄存存储器的写数据频率和存储的地址推进频率都是同一个频率f『该例的第一存储器或寄存存储器是具有负延迟功能的存储器。所述的采用一个选定的采样频率&进行模拟信号采样、采样信号A/D转换数字信号、数字信号在第一存储器或寄存存储器中写信号、最后按地址推进频率存储信号，上述四个过程都需要时间，即从模拟采样到按地址推进频率存储，该采样信号到存储时由于经过四个过程有了延时，所以第一存储器或寄存存储器必须是一个具有负延迟功能的存储器。该例的一个测试过程若是一个复杂的测试过程，将该测试过程按照信号特征变化快慢分为若干个子过程，各个子过程按照不同采样频率即不同推地址频率对第一存储器或寄存存储器中对应的若干个子过程存储数据进行抽点采样并存储在第二存储器中，在一个测试过程的若干个子过程之间实现变频采样。该例的变频采样方法，须选择采用频率比较模块，对若干个子过程的变频采样频率比较，当第i_l子过程采样频率快、第i子过程采样频率慢时，通过频率比较模块控制，启动计数器延迟一段时间再改变第二存储器第i子过程推进地址频率，保证变频采样数据恢复完整。所述的当第i_l 子过程采样频率快、第i子过程采样频率慢时，由于信号先后有采样、写、存储三个过程，所以通过频率比较模块控制，启动计数器延迟改变第二存储器第i子过程推进地址频率是必要的，以保证第i子过程采样数据恢复完整和整个变频采样数据恢复完整。
实施例二 .变频采样方法
该例的变频采样方法具体情况可用图1 图5等联合示出，该例的变频采样方法与实施例一的变频采样方法不同点有1.该例为实现变频采样方法采用的一套电子电路装置的控制模块8如是数字信号处理器DSP。2.该例的被采样信号的一个复杂变化过程分成η个子过程并按各个子过程采用相应不同的存储器推进地址的频率采样，相应不同的采样频率可能为i个，该例的η = i说明每个子过程的采样频率都不一样。该例的变频采样方法其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。
实施例三.变频采样方法
该例的变频采样方法具体情况可用图1 图5等联合示出，该例的变频采样方法与实施例一、实施例二的变频采样方法不同点有1.该例为实现变频采样方法采用的一套电子电路装置的控制模块8如是可编程逻辑器件等。2.该例的被采样信号的一个复杂变化过程分成η个子过程并按各个子过程采用相应不同的存储器推进地址的频率采样，相应不同的采样频率可能为i个，如果η > i说明有的子过程的采样频率是一样的。该例的变频采样方法其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
权利要求
1.一种变频采样方法，特征在于该变频采样方法是根据被采样信号的特征变化来选择改变存储器推地址频率，实现变频采样的方法，即该变频采样方法是在一个测试过程中， 对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化分成若干个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率，对读写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的若干个子过程之间的变频采样数据，即实现变频采样，其中若干个子过程选择为1、2、…、η个子过程。
2.根据权利要求1所述的变频采样方法，特征在于该变频采样方法是在一个测试过程中，以采样频率&对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器或寄存存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的特征变化的一个测试过程分成1、2、…、η个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率、f2、…、 fi对读写存储在第一存储器或寄存存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的η个子过程之间的变频采样数据，实现变频采样，其中η > i。
3.根据权利要求2所述的变频采样方法，特征在于所述的对模拟信号进行等间隔抽点采样是采用一个选定的采样频率，对模拟信号进行均勻的等间隔抽点采样。
4.根据权利要求2所述的变频采样方法，特征在于所述的采用一个选定的采样频率、 与向第一存储器或寄存存储器的写数据频率、存储在第一存储器或寄存存储器的地址推进频率一致。
5.根据权利要求2所述的变频采样方法，特征在于所述的第一存储器或寄存存储器是具有负延迟功能的存储器。
6.根据权利要求2所述的变频采样方法，特征在于所述的一个测试过程若是一个复杂的测试过程，将该测试过程按照信号特征变化快慢分为若干个子过程，各个子过程按照不同采样频率即不同推地址频率对第一存储器或寄存存储器中对应的若干个子过程存储数据进行抽点采样并存储在第二存储器中，在一个测试过程的若干个子过程之间实现变频采样。
7.根据权利要求6所述的变频采样方法，特征在于选择采用频率比较模块，对若干个子过程的变频采样频率比较，当第i_l子过程采样频率快、第i子过程采样频率慢时，通过频率比较模块控制，启动计数器延迟改变第二存储器第i子过程推进地址频率，保证变频采样数据恢复完整。
全文摘要
本发明公开的变频采样方法属电子测试与信号采集技术领域，该变频采样方法是在一个测试过程中，以选定频率f0对模拟信号进行等间隔抽点采样，经过A/D转换得到数字信号读写存储在第一存储器中，在读写存储的同时根据被采样信号的频率特征变化分成1、2、…、n个子过程并按各个子过程采用改变存储器推进地址的频率f1、f2、…、fi对读、写存储在第一存储器中数据进行抽点采样再存储于第二存储器中，得到在一个测试过程的n个子过程之间的变频采样数据，实现变频采样，其中n≥i；其优点有该变频采样方法克服了目前变频采样方法的不足，可保证变频采样数据能完整恢复，还设计、研制了一整套电子电路装置，该装置可实现变频采样方法；这种该变频采样方法值得采用和推广。
文档编号H03M1/12GK102510286SQ20111034243
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者付永乐, 张红艳, 沈大伟, 王燕, 祖静, 裴东兴, 陈昌鑫, 靳鸿, 马铁华 申请人:中北大学