基于時間交替采樣技術的1 GS/s、16 bit數據采集系統研究
2022年電子技術應用第7期
李海濤1，李斌康1，2，孫 彬1，張 美1，2，田 耕1，2
1.西北核技術研究所，陜西 西安710024；2.強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室，陜西 西安710024
摘要： 為了實現對大動態范圍信號的高精度幅度信息獲取，基于時間交替采樣技術，研制1 GS/s、16 bit高速高分辨率數據采集系統，功能測試發現：當輸入模擬信號中含有較大直流分量時，輸出采樣數據波形會發生振蕩問題。研究時間交替采樣技術，確認偏置誤差是導致振蕩問題發生的原因。設置ADC工作在實時校正誤差模式，結合離線校正算法，解決采樣數據的振蕩問題，對比偏置誤差校正前后的時域波形和頻譜，驗證校正算法的有效性。測試結果表明，研制的數據采集系統實現了對大動態范圍信號的單信道高精度測量功能。
中圖分類號： TN935.4
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212177
中文引用格式： 李海濤，李斌康，孫彬，等. 基于時間交替采樣技術的1 GS/s、16 bit數據采集系統研究[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212177
中文引用格式： 李海濤，李斌康，孫彬，等. 基于時間交替采樣技術的1 GS/s、16 bit數據采集系統研究[J].電子技術應用，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
隨著半導體技術的快速進步，基于模數轉換器(Analog to Digital Converter，ADC)的實時數據采樣技術發展迅速。為了高精度地獲取待采樣信號波形，需要選擇合適參數的數據采集系統。待采樣信號帶寬越高，需要的數據采集系統實時采樣率就越高；待采樣信號的幅值動態范圍越大，需要的數據采集系統分辨率越高。
對數據采集系統的研究正在持續地蓬勃開展，2012年，中國科學技術大學的唐紹春，基于時間交替采樣技術，研制10 GS/s、8 bit數據采集系統[1]；2013年，中國科學院高能物理研究所的鄒劍雄，研制4 GS/s、12 bit數據采集系統[2]；2019年，中國科學技術大學的梁昊，研制雙通道5 GS/s、10 bit數據采集系統[3]；2019年，電子科技大學的周楠，研制5 GS/s、12 bit數據采集系統[4]；2019年，電子科技大學蔣俊、楊擴軍等人，基于時間交替采樣技術，研制20 GS/s、8 bit數據采集系統[5-6]；2019年，中國工程物理研究院的吳軍，研制6.4 GS/s、12 bit數據采集系統，應用于脈沖輻射場診斷。
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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.西北核技術研究所，陜西 西安710024；2.強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室，陜西 西安710024)
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