[发明专利]一种基于时间交织并行采样的数据采集系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于时间交织并行采样的数据采集系统及方法，属于信号检测处理领域，系统包括：功率分配器，将输入的模拟信号转换为多路信号；多个采样模块，对功率分配器输出的各路信号进行采样；处理模块，采样前处理子模块拟合计算各路采样信号的失配误差，根据各失配误差校正相应的采样信号，若校正后采样信号的信噪比不低于信噪比阈值时，输出校正后采样信号，否则，采样后处理子模块根据当前的校正信号校正相应的采样信号，直至校正后采样信号的失配误差与参考信号的失配误差相等，输出最后一次校正得到的多路第二校正信号；重构模块，对处理模块输出的多路信号进行重构，得到与模拟信号对应的重构信号。

技术领域

本发明属于信号检测处理领域，更具体地，涉及一种基于时间交织并行采样的数据采集系统及方法。

背景技术

为了提高模数转换(Analogue to Digital Conversion，ADC)的采集速率，使信号得到更好的显示，目前通常采用时间交织并行采样技术实现多通道高采样率。例如孙凯在20GSPS数字示波器的数据采集模块硬件设计中，利用8片5GSPS采样率的高速ADC芯片通过时间交替并行采样技术实现了双通道20GSPS的采样率，最终设计了由4块驱动板、4块采集板、1块处理板和1台工控机构成的采集系统。

失配误差是影响时间交织采样系统性能的重要因素，目前主要分为时域分析和频域分析去估计交织采样系统的失配误差。时域分析方式需要很长的收敛时间，因此人们通常主要关注失配误差估计的频域分析。J.Matsuno提出利用阿达玛矩阵构造混叠信号来估计和补偿通道之间的失配误差；Yongtao Qiu提出通过希尔伯特滤波器与频谱位移滤波器来构造频谱中的复共轭信号，利用自相关算法完成失配误差估计。然而，对于失配误差估计的频域分析，当误差信号与输入信号在频域上混叠时，这些频域分析将达不到效果。对于后估计校正分析，将存在某些特定信号不能进行校正。对于前估计校正，它的误差估计只在输入信号前进行，不能跟随环境变化而变化，有着一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于时间交织并行采样的数据采集系统及方法，其目的在于提供一种前估计与后估计结合的失配误差分析校正方式，能够适应环境变化，且能够校正奈奎斯特频率范围内任意频率的任意信号。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于时间交织并行采样的数据采集系统，包括：功率分配器，用于将输入的模拟信号转换为M路信号后输出，M≥2；M个采样模块，输入与所述功率分配器的M路输出分别一一对应连接，用于对所述M路信号进行交织并行采样，输出M路采样信号；处理模块，输入连接所述M个采样模块的输出，包括采样前处理子模块和采样后处理子模块，所述采样前处理子模块用于拟合计算各路采样信号的失配误差，根据各所述失配误差校正相应的采样信号，得到M路第一校正信号；当所述第一校正信号的信噪比不低于信噪比阈值时，所述采样前处理子模块输出所述M路第一校正信号；否则，所述采样后处理子模块以各路所述第一校正信号为初始校正信号，根据当前的校正信号校正相应的采样信号，直至校正后采样信号的失配误差与参考信号的失配误差相等，输出最后一次校正得到的M路第二校正信号；重构模块，输入连接所述处理模块的输出，用于对所述处理模块输出的M路信号进行重构，以得到与所述模拟信号对应的重构信号。

更进一步地，所述功率分配器还用于将所述模拟信号转换为M+1路信号后输出，所述M个采样模块的采样频率为f_s/M，f_s为所述数据采集系统的总采样频率，所述数据采集系统还包括：参考采样模块，输入连接所述功率分配器的第M+1路输出，用于对所述功率分配器输出的第M+1路信号进行采样以得到所述参考信号，采样频率为f_s/M+1。

更进一步地，所述失配误差包括偏置误差、增益误差和时间误差，所述处理模块包括加法器、乘法器和FarroW滤波器，所述加法器、乘法器和Farrow滤波器分别用于校正所述采样信号中的偏置误差、增益误差和时间误差，第i个采样信号的校正目标为：