本文關(guān)鍵詞：基于并行處理的超高速采樣系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展,在通信、計(jì)算機(jī)、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域中的電子信號(hào)呈現(xiàn)出復(fù)雜化與多樣化等特征,如信號(hào)的頻率不斷增長、帶寬不斷拓寬、瞬時(shí)性不斷增加、非平穩(wěn)特性急劇增長。為了能夠準(zhǔn)確獲取具有這些復(fù)雜特征的信號(hào),其所需的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)采樣率和分辨率等性能指標(biāo)提出了更高的要求,特別是對(duì)采樣頻率數(shù)十GHz、分辨率8位以上的超高速采樣系統(tǒng)(UFSS)的需求與日俱增。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件,然而由于制造工藝和市場產(chǎn)品的限制,目前無法獲得如此高性能的單核ADC器件。為此,為了突破ADC器件性能的限制而獲取更高的采樣率與分辨率,基于并行方式的時(shí)基交替模數(shù)轉(zhuǎn)換(TIADC)技術(shù)已成為一種提升實(shí)時(shí)采樣率的非常有效且可行的方法而被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)獲取非周期信號(hào)波形。但是,由于采樣率的提升,UFSS表現(xiàn)出了并行化處理的新特征,給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出了新的挑戰(zhàn)。本文著眼于解決UFSS中的共性問題,以并行處理方法為研究對(duì)象,從并行采樣技術(shù)、系統(tǒng)并行構(gòu)架、失配誤差校正、多器件并行數(shù)據(jù)同步和并行觸發(fā)定位等方面展開了深入研究,最終在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中得到驗(yàn)證并取得了優(yōu)越的性能,其主要研究成果如下:1)全面分析了TIADC與頻率交替模數(shù)轉(zhuǎn)換(FIADC)并行采樣及其并行失配誤差(PME)的時(shí)域與頻域特性,并給出了并行采樣的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。然后以UFSS中并行數(shù)據(jù)傳輸模型為基礎(chǔ),研究了多器件同步實(shí)現(xiàn)的互連拓?fù)淠Ｐ团c功能邏輯分割算法,進(jìn)而提出了一種基于功能同步法的邏輯分割解決方案,能夠使得UFSS的數(shù)據(jù)并行處理更高效、更可靠地實(shí)現(xiàn)。最后,綜合并行采樣與并行數(shù)據(jù)處理的方法,設(shè)計(jì)了一種基于多ADC多FPGA(MCMP)并行構(gòu)架的UFSS總體框圖,為實(shí)現(xiàn)數(shù)十GHz采樣頻率的系統(tǒng)提供了可行的參考。2)建立了在采樣量化過程中參考電壓、信號(hào)輸入范圍和分辨位數(shù)等參數(shù)對(duì)并行失配誤差影響的表達(dá)式,進(jìn)而分析出了TIADC系統(tǒng)的PME來源;然后從已有的PME解決方案中提煉出了PME校正的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型。針對(duì)已有方案中時(shí)間誤差估計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的問題,提出了一種基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的PME時(shí)間估計(jì)算法,并從輸入信號(hào)的頻率、噪聲與采樣數(shù)據(jù)長度等參數(shù)對(duì)算法的性能作了全面評(píng)估。結(jié)果表明,本文提出的PME校正方法不僅在各通道增益未知的情況下具有較高的精度,而且還具有較低的計(jì)算量和較高的實(shí)時(shí)性,非常適合在FPGA中實(shí)現(xiàn)。這為超高速TIADC系統(tǒng)的高精度實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支撐。3)深入地分析了多ADC數(shù)據(jù)同步(MCS)問題的存在性及其根源,并首次建立了硬件同步與數(shù)據(jù)組合順序的MCS模型。以此為基礎(chǔ),從前端硬件復(fù)位與后端檢測識(shí)別兩個(gè)角度分別提出了兩套完整可靠的解決方案:硬件同步校正法和后檢測識(shí)別法,同時(shí)對(duì)其中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)作了充分的論證與實(shí)例化分析。結(jié)果表明,本文所提出的解決方案具有更加徹底性、高可靠性和易實(shí)現(xiàn)性,為超高速TIADC系統(tǒng)整機(jī)性能的進(jìn)一步提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),也為具有MCS特性的同類系統(tǒng)或儀器提供了可行的設(shè)計(jì)參考。4)研究了模擬和數(shù)字并行觸發(fā)定位方法,進(jìn)而提出了一種基于解串器的混合型觸發(fā)快速定位方法。它能夠簡化基于并行數(shù)據(jù)處理的觸發(fā)定位過程,極大地減小觸發(fā)定位所需的處理時(shí)間,從而提升了系統(tǒng)波形捕獲率。同時(shí),根據(jù)MCMP系統(tǒng)中并行數(shù)據(jù)傳輸模型與存儲(chǔ)同步控制需求,提出了一種基于延遲器的自動(dòng)延遲校正方法,能夠簡便且靈活地解決多FPGA間的并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)同步問題。5)以本文所分析和提出的并行處理方法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于MCMP并行架構(gòu)的20GSPS TIADC系統(tǒng)和脈沖激光的全波形采集系統(tǒng),然后對(duì)并行處理方法進(jìn)行分項(xiàng)測試以驗(yàn)證方法的可行性與可靠性。結(jié)果表明,本文所提出的并行處理方法具有精度高、實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)越性能,能夠?yàn)閁FSS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供可靠的支撐。
【關(guān)鍵詞】：超高速采樣 并行處理方法 時(shí)間交替采樣技術(shù) 系統(tǒng)并行構(gòu)架 并行失配誤差 多器件數(shù)據(jù)同步 并行觸發(fā)定位 全波形采集
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN792
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 并行采樣技術(shù)16-17
• 1.2.2 并行構(gòu)架方法17-19
• 1.2.3 并行失配誤差校正19-22
• 1.2.4 并行數(shù)據(jù)同步技術(shù)22-24
• 1.3 課題來源及本文主要貢獻(xiàn)24-25
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)安排25-27
• 第二章 超高速采樣系統(tǒng)的并行構(gòu)架分析27-54
• 2.1 并行采樣系統(tǒng)原理27-40
• 2.1.1 采樣原理27-29
• 2.1.2 并行采樣方法29-37
• 2.1.3 并行采樣性能評(píng)價(jià)37-40
• 2.2 并行數(shù)據(jù)處理方法40-52
• 2.2.1 并行數(shù)據(jù)傳輸模型40-41
• 2.2.2 并行數(shù)據(jù)處理模型41-50
• 2.2.3 并行數(shù)據(jù)處理評(píng)價(jià)指標(biāo)50-52
• 2.3 基于并行構(gòu)架的UFSS總體設(shè)計(jì)52-53
• 2.4 本章小結(jié)53-54
• 第三章 TIADC系統(tǒng)的PME校正方法研究54-68
• 3.1 PME來源分析54-56
• 3.2 PME校正系統(tǒng)模型56-59
• 3.3 基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的PME時(shí)間估計(jì)59-63
• 3.4 基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的PME時(shí)間校正評(píng)估63-67
• 3.5 本章小結(jié)67-68
• 第四章 多ADC數(shù)據(jù)同步方法研究68-94
• 4.1 MCS模型分析68-73
• 4.1.1 MCS模型建立68-71
• 4.1.2 硬件復(fù)位分析71-73
• 4.2 MCS解決方案研究73-93
• 4.2.1 硬件同步復(fù)位法74-80
• 4.2.2 后檢測識(shí)別法80-92
• 4.2.3 MCS解決方案比較92-93
• 4.3 本章小結(jié)93-94
• 第五章 并行觸發(fā)定位與存儲(chǔ)同步方法研究94-122
• 5.1 并行觸發(fā)定位方法94-113
• 5.1.1 基本原理94-97
• 5.1.2 模擬觸發(fā)定位97-102
• 5.1.3 數(shù)字觸發(fā)定位102-106
• 5.1.4 混合觸發(fā)定位106-113
• 5.2 并行存儲(chǔ)同步方法113-121
• 5.2.1 并行存儲(chǔ)同步模型114-117
• 5.2.2 并行存儲(chǔ)同步的解決方案117-121
• 5.3 本章小結(jié)121-122
• 第六章 基于并行處理的超高速采樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分析122-146
• 6.1 20GSPS系統(tǒng)并行構(gòu)架實(shí)現(xiàn)122-125
• 6.2 PME的實(shí)現(xiàn)與測試125-128
• 6.2.1 PME方案實(shí)現(xiàn)125-127
• 6.2.2 PME測試分析127-128
• 6.3 MCS的實(shí)現(xiàn)與測試128-135
• 6.3.1 MCS實(shí)現(xiàn)平臺(tái)128-131
• 6.3.2 MCS測試分析131-135
• 6.4 混合觸發(fā)定位在 20GSPS TIADC系統(tǒng)中的性能測試135-136
• 6.5 并行觸發(fā)定位方法在脈沖激光全波形采集中應(yīng)用136-145
• 6.4.1 脈沖激光遙感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)137-139
• 6.4.2 脈沖全波形采集關(guān)鍵技術(shù)139-141
• 6.4.3 脈沖全波形采集系統(tǒng)測試141-145
• 6.6 本章小結(jié)145-146
• 第七章 總結(jié)與展望146-149
• 致謝149-150
• 參考文獻(xiàn)150-162
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果162-164

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號(hào)：425075