基于时间交替数据采集系统设计与实现-软件工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 国防科学 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 目 录 摘 要 i ABSTRACT ii 第一章 绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 国内外相关研究 2 1.3 本文主要研究内容 3 1.4 本文组织结构 4 第二章 时间交替数据采集的相关概念 5 2.1 时间交替数据采集的基本理论 5 2.1.1 数据采集的基本概念 5 2.1.2 时间交替数据采集的基本理论 6 2.2 时钟抖动 7 ADC 结构 8 并行比较型 ADC 8 半闪烁式 ADC 9 2.3.3 分量程或流水线型 ADC 10 2.4 ADC 在线测试方法 12 2.4.1 ADC 动态性能常用指标 12 2.4.2 ADC 性能测试算法 15 2.4.3 ADC 性能测试平台 16 2.5 本章小结 18 第三章 基于时间交替的数据采集系统构建 19 3.1 本系统需求分析 19 3.2 本系统实现的问题和难点 20 3.2.1 通道失配误差 20 3.2.2 时钟抖动对 ADC 性能的影响 22 3.3 基于时间交替的数据采集系统总体架构 24 3.3.1 模拟信号输入子模块 24 3.3.2 时钟产生分配子模块 25 3.3.3 电源管理子模块 26 3.3.4 模数转换子模块 26 第 I 页 3.3.5 数据接收缓存子模块 27 3.3.6 数据处理上报子模块 27 3.4 本章小结 28 第四章 通道失配误差校正 29 4.1 本系统误差特点及校正方法 29 4.1.1 误差特点 29 4.1.2 校正方法 29 4.1.3 校正逻辑结构 31 4.2 系统误差测定 33 4.3 系统误差校正 35 4.4 本章小结 38 第五章 超低抖动时钟产生电路设计 39 5.1 时钟抖动产生原因 39 5.2 抑制时钟抖动的方法 40 5.2.1 改进时钟源 40 5.2.2 使用分频器 42 5.2.3 使用带通滤波器 42 5.2.4 减少时钟链路元件数量 44 5.3 时钟产生电路设计 45 5.4 时钟产生电路仿真 47 5.5 本章小结 49 第六章 基于时间交替的数据采集系统实现与验证 50 6.1 基于时间交替的数据采集系统实现 50 6.2 基于时间交替的数据采集系统验证 51 6.2.1 通道失配误差校正方法验证 51 6.2.2 超低抖动时钟产生电路验证 54 6.2.3 系统验证 55 6.3 本章小结 57 第七章 结束语 58 7.1 本文工作总结 58 7.2 未来工作展望 58 致谢 60 第 II 页 第 PAGE 第 PAGE IV 页 万方数据 参考文献 62 作者在学期间取得的学术成果 65 表 目 录 表 4.1 实施校正前各项系统误差 35 表 5.1 时钟频率为 2.5GHz 时相位噪声数据 49 表 6.1 校准前不同输入频率下 ADC 的动态参数 52 表 6.2 校准后不同输入频率下 ADC 的动态参数 53 表 6.3 时钟频率为 2.5GHz 时相位噪声实测数据 55 表 6.4 输入频率为 140.9912MHz 时系统的实测数据 56 国防科学技 国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文 万方数据 万方数据 图 目 录 图 2.1 模拟—数字转换原理 5 图 2.2 双通道时间交替数据采集基本原理示意图 7 图 2.3 四通道时间交替数据采集基本原理示意图 7 图 2.4 闪存 ADC 原理图 8 图 2.5 并行 ADC 转换原理图 9 图 2.6 半闪烁式 ADC 原理图 10 图 2.7 流水线型 ADC 每级内部示意图 11 图 2.8 流水线型 ADC 原理图 11 图 2.9 理想 12 位 ADC 的 FFT 输出，输入 = 2.111MHz，fs = 82MSPS 13 图 2.10 失真积的位置 13 图 2.11 无杂散动态范围(SFDR) 14 图 2.12 相干采样波形结果 15 图 2.13 有非相干采样导致的频谱泄露 16 图 2.14 用于测试 SNR,SINAD,THD 和 SFDR 的平台 17 图 2.15 测试程序界面 18 图 3.1 时间交替采样系统的简要示意图 21 图 3.2 理想 ADC 的 SNR vs.模拟输入信号频率和抖动 22 图 3.3 SNR 是模拟输入频率、时钟抖动和量化噪声的函数 23 图 3.4 系统总体架构图 24 图 3.5 模拟信号输入子模块电路图 25 图 3.6 时钟产生分配子模块示意图 25 图 4.1 未校准前正弦信号的频域表现 30 图 4.2 板载校准源 30 图 4.3 校准源时钟和采集