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基于時(shí)間交替采樣技術(shù)的1 GS/s、16 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第7期

李海濤1，李斌康1，2，孫彬1，張美1，2，田耕1，2

1.西北核技術(shù)研究所，陜西西安710024；2.強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710024

摘要： 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的高精度幅度信息獲取，基于時(shí)間交替采樣技術(shù)，研制1 GS/s、16 bit高速高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，功能測(cè)試發(fā)現(xiàn)：當(dāng)輸入模擬信號(hào)中含有較大直流分量時(shí)，輸出采樣數(shù)據(jù)波形會(huì)發(fā)生振蕩問(wèn)題。研究時(shí)間交替采樣技術(shù)，確認(rèn)偏置誤差是導(dǎo)致振蕩問(wèn)題發(fā)生的原因。設(shè)置ADC工作在實(shí)時(shí)校正誤差模式，結(jié)合離線校正算法，解決采樣數(shù)據(jù)的振蕩問(wèn)題，對(duì)比偏置誤差校正前后的時(shí)域波形和頻譜，驗(yàn)證校正算法的有效性。測(cè)試結(jié)果表明，研制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的單信道高精度測(cè)量功能。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 時(shí)間交替采樣通道失配誤差偏置誤差校正算法

中圖分類號(hào)： TN935.4
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212177
中文引用格式： 李海濤，李斌康，孫彬，等. 基于時(shí)間交替采樣技術(shù)的1 GS/s、16 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(7)：118-123，139.
英文引用格式： Li Haitao，Li Binkang，Sun Bin，et al. Research on 1 GS/s，16 bit data acquisition system based on time-interleaved sampling technology[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：118-123，139.

Research on 1 GS/s，16 bit data acquisition system based on time-interleaved sampling technology

Li Haitao1，Li Binkang1，2，Sun Bin1，Zhang Mei1，2，Tian Geng1，2

1.Northwest Institute of Nuclear Technology，Xi′an 710024，China； 2.State Key Laboratory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect，Xi′an 710024，China

Abstract： In order to obtain high precision amplitude information of large dynamic range signals to be sampled, a 1 GS/s, 16 bit high-speed and high-precision data acquisition system is designed based on the time-interleaved sampling technology. Through tests, it is found that if the input analog signal contains a large DC component, the output sampled data waveform will oscillate. It is confirmed that the bias error is the cause of oscillation. By setting the ADC to work in the real-time error correction mode, combined with the off-line correction algorithm, the oscillation problem of sampled data is solved, and the time-domain waveform and spectrum before and after correction are compared to verify the effectiveness of the correction algorithms. The test results show that the designed data acquisition system realizes the function of single channel high-precision measurement of large dynamic range signals.

Key words : data acquisition system；time-interleaved sampling；mismatch error；offset error；correction algorithm

0 引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)步，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter，ADC)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣技術(shù)發(fā)展迅速。為了高精度地獲取待采樣信號(hào)波形，需要選擇合適參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。待采樣信號(hào)帶寬越高，需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采樣率就越高；待采樣信號(hào)的幅值動(dòng)態(tài)范圍越大，需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分辨率越高。

對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究正在持續(xù)地蓬勃開展，2012年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的唐紹春，基于時(shí)間交替采樣技術(shù)，研制10 GS/s、8 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)^[1]；2013年，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的鄒劍雄，研制4 GS/s、12 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)^[2]；2019年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的梁昊，研制雙通道5 GS/s、10 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)^[3]；2019年，電子科技大學(xué)的周楠，研制5 GS/s、12 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)^[4]；2019年，電子科技大學(xué)蔣俊、楊擴(kuò)軍等人，基于時(shí)間交替采樣技術(shù)，研制20 GS/s、8 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)^[5-6]；2019年，中國(guó)工程物理研究院的吳軍，研制6.4 GS/s、12 bit數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，應(yīng)用于脈沖輻射場(chǎng)診斷。

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作者信息：

李海濤1，李斌康1，2，孫彬1，張美1，2，田耕1，2

(1.西北核技術(shù)研究所，陜西西安710024；2.強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710024)

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