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高速數(shù)據(jù)采集時(shí),遇到“混疊”和“幅度分辨率不足”怎么辦?
在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測(cè)量時(shí),重要的是要注意一些常見的設(shè)置問題,這些問題會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時(shí)間。本文將對(duì)“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個(gè)問題提供深入解答。
混疊,采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來,由于輸入信號(hào)采樣不足而引起的混疊問題就一直存在。A/D的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入的質(zhì)量,要根據(jù)實(shí)際需要的精度來選擇合適的A/D。采用較的數(shù)據(jù)儀器,如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器,根據(jù)采樣定理,要求模擬信號(hào)的采樣頻率大于輸入端存在的較高頻率分量的兩倍。如果不滿足這個(gè)條件,就會(huì)產(chǎn)生混疊。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常包含大大超過模擬帶寬的較大采樣率。通過將其與長(zhǎng)采集存儲(chǔ)器相結(jié)合,這些數(shù)字化器較小化了這個(gè)經(jīng)典問題。 但是,用戶應(yīng)該注意混疊,尤其是在將采樣率編程為較低速度時(shí)。
采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿足或超過采樣定理的規(guī)則,則可以重建信號(hào)而不丟失任何信息。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍,則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。
幅度分辨率不足
數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特?cái)?shù)。高速模塊化數(shù)字化儀是采集和處理雷達(dá)信號(hào)的理想選擇,并為這些測(cè)量提供了多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)n位ADC,可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此,一個(gè)12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級(jí)。較小有效位(lsb)表示可以檢測(cè)到的較小間隔,對(duì)于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器,較小有效位為1/4096或2.4 x 10-4。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓,我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2,提高到數(shù)字化儀的分辨率。
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高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)板卡設(shè)計(jì)
介紹所設(shè)計(jì)的高速數(shù)據(jù)采集高速、大容量存儲(chǔ)卡和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。在A/D轉(zhuǎn)換模塊中,可以采用單片A/D的結(jié)構(gòu),也可以采用多片A/D并行的結(jié)構(gòu)。A/D采集采用8位的1 GHz A/D轉(zhuǎn)換芯片,高速大容量存儲(chǔ)采用固態(tài)存儲(chǔ)芯片F(xiàn)LASH(閃存)為存儲(chǔ)介質(zhì),FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)為存儲(chǔ)陣列的控制核心,針對(duì)來自A/D的高速數(shù)據(jù),引入多級(jí)流水和冗余校驗(yàn)技術(shù),能夠屏蔽FLASH的壞塊。實(shí)現(xiàn)了用高密度、相對(duì)低速的FLASH存儲(chǔ)器對(duì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。另外,通過的橋接芯片PCI9656,可以很方便地實(shí)現(xiàn)同主機(jī)的高速的數(shù)據(jù)通信。
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高速數(shù)據(jù)采集卡軟件設(shè)計(jì),一般具備如下架構(gòu):
1、硬件層
PCIe高速數(shù)據(jù)采集卡。
2、系統(tǒng)層
高速數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序,處于操作系統(tǒng)層。運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核模式。我們?yōu)榭蛻籼峁┯蠸YS驅(qū)動(dòng)文件,及INF驅(qū)動(dòng)程序安裝文件。
驅(qū)動(dòng)程序主要功能是,定義了中斷模式,寄存器訪問控制等基本功能。
3、應(yīng)用層
應(yīng)用層分為API接口和應(yīng)用程序。API接口包括:驅(qū)動(dòng)API、圖形API、算法API。隨著行業(yè)深入,API庫會(huì)更加豐富,更加專業(yè)化。
驅(qū)動(dòng)API接口以動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫DLL形式提供,DLL運(yùn)行在用戶模式的應(yīng)用層,API為用戶提供定義明晰的接口函數(shù),便于理解,能夠充分發(fā)揮出用戶的主觀能動(dòng)性,便于用戶二次開發(fā),創(chuàng)建屬于自己更的更專業(yè)化的應(yīng)用軟件。
圖形API,封裝了曲線圖控件。便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)分析的曲線表示。
算法API,封裝了數(shù)據(jù)分析中常用算法,便于用戶數(shù)據(jù)分析。