基于EDA 技術(shù)的等效采樣的設(shè)計實現(xiàn)

1、基于EDA 技術(shù)的等效采樣的設(shè)計實現(xiàn)     1 引言         有兩種基本的數(shù)字化采樣方式:實時采樣(real-time sampling)與等效采樣(equivalent time sampling)。實時采樣對波形逐點采集，可以實時顯示輸入信號的波形，因此適用于任何形式的信號波形，重復(fù)或者不重復(fù)的，單次的或者連續(xù)的。由于所采集的樣點是按時間順序的，因而易于實現(xiàn)波形的顯示功能;實時采樣的主要缺點是時間分辨率較差。每個樣點的采樣、量化、存儲必須在小于采樣間隔的時間內(nèi)完成。根據(jù)N

2、yquist 采樣定理為能夠完成的重建波形采樣頻率至少應(yīng)為信號最高頻率的2倍，因此對實時采樣提出了更高的要求。鑒于此出現(xiàn)了等效采樣技術(shù)。等效采樣技術(shù)可以實現(xiàn)很高的數(shù)字化轉(zhuǎn)換速率。其基本原理就是通過多次觸發(fā)，多次采樣而獲得并重建信號波形。前提是信號必須是重復(fù)的。等效采樣通過多次采樣，把在信號的不同周期中采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，從而能夠重建原始的信號波形。2 等效采樣的原理和方法等效采樣的基本原理是把高頻、快速信號變成低頻、慢速重復(fù)信號。一般在重復(fù)信號的每個周期或相隔幾個周期取一個樣，而每個取樣點分別取自每個輸入信號波形不同的位置上，若干個取樣點成為一個周期，可以組成類似于原信號的一個周期的波形，

3、但是周期拉長了。例如采集一個靜止圖像幀數(shù)據(jù)（采樣每秒30 幀標(biāo)準(zhǔn))的采樣方案。假定一幅畫面的帶寬是6MHz.采用實時采樣方式，感覺采樣定理，采樣頻率應(yīng)為12MHz。如果采用等效時間采樣方式，可以采樣100kHz 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每隔120 個像素采樣一次，幀間采樣率稍低于100kHz保證挪后一個像素。則對第一幀采樣的結(jié)果是1，121，241像素的數(shù)據(jù)，第二幀則是2， 122，242像素的數(shù)據(jù)。這樣持續(xù)4 秒，采集120 幀數(shù)據(jù)，從而得到400k 的整個圖像幀數(shù)據(jù)。顯然再這個過程中我們利用了畫面的靜止特性，也就是利用了信號的重復(fù)性。有兩種等效采樣的方法:隨機等效采樣和連續(xù)等效采樣。連續(xù)等效采樣在每

4、個觸發(fā)捕獲一個樣值，而不依賴于時間/格的設(shè)置和掃描速度，每發(fā)現(xiàn)一個觸發(fā)經(jīng)過一個雖然很短卻明確的延遲(deltat) ，就獲得樣值。當(dāng)發(fā)生下一次觸發(fā)肘，延遲增加一段小的增量t。這個增量就是等效樣的周期。數(shù)字轉(zhuǎn)換器則又采下一個樣值。該過程重復(fù)多次. "deltat" 不斷增加到前一個捕獲量中，直到時間窗口填滿。如圖1 示: 隨機等效采樣采用內(nèi)部的時鐘，它與輸入信號和信號觸發(fā)的時鐘不同步，樣值連續(xù)不斷的獲得，而且獨立于觸發(fā)位置。通過記錄采樣數(shù)據(jù)與觸發(fā)位置的時間差來確定采樣點在信號中的位置來重建波形。這就產(chǎn)生了準(zhǔn)確測量與采樣觸發(fā)點相關(guān)的位置的問題。這是隨機等效采樣的難題之一。盡管采

5、樣在時間上是連續(xù)的，但是相對于觸發(fā)器則是隨機的，由此產(chǎn)生了"隨機"等效時間采樣的說法。如圖2 所示.。對于按照等效采樣得到的信號是否包含有原信號的全部頻率成分，下面給出分析。將連續(xù)信號x(t)和沖激函數(shù)p(t)相乘即可得到采樣后的離散信號x(n Ta)。x(n Ta)=x(t)xp(t) (1)由于輸入信號是周期信號，所以對于任一采樣點x(t-kT-mTl-jTa)因為T1/Ta， 為整數(shù)，有Fx(t-kT-mTl- jTs)=Fx(t-qTs )eiPTax(2)所以采樣點x(t-kT-m Tl jTa )所包含的信息和x(t-q Ta)所包含的信息量相同，因此我們用采樣點x(t-kT-mTI-j Ta)來代替x(t-q Ta)重建輸人信號的波形。采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過重組算法重組后p(t)變?yōu)橛纱丝梢钥闯?，此結(jié)論和我們熟悉的采樣定理具有相類似的結(jié)果。只要等效采樣的微小的時間增量t 足夠的小即滿足1/t2fmax就可以恢復(fù)出原信號。不管采用哪一種方式，最后對采集的數(shù)據(jù)通過特定的算法進(jìn)行重組，都實現(xiàn)原始輸入信號波形的重建。重組后的數(shù)據(jù)的采樣事都是每一輪采樣之間采樣信號之間的延遲的微小增量t來確