基于EDA 技術(shù)的等效采樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1、基于EDA 技術(shù)的等效采樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)     1 引言         有兩種基本的數(shù)字化采樣方式:實(shí)時(shí)采樣(real-time sampling)與等效采樣(equivalent time sampling)。實(shí)時(shí)采樣對(duì)波形逐點(diǎn)采集，可以實(shí)時(shí)顯示輸入信號(hào)的波形，因此適用于任何形式的信號(hào)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(diǎn)是按時(shí)間順序的，因而易于實(shí)現(xiàn)波形的顯示功能;實(shí)時(shí)采樣的主要缺點(diǎn)是時(shí)間分辨率較差。每個(gè)樣點(diǎn)的采樣、量化、存儲(chǔ)必須在小于采樣間隔的時(shí)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(hào)最高頻率的2倍，因此對(duì)實(shí)時(shí)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(shí)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(hào)波形。前提是信號(hào)必須是重復(fù)的。等效采樣通過多次采樣，把在信號(hào)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(hào)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(hào)變成低頻、慢速重復(fù)信號(hào)。一般在重復(fù)信號(hào)的每個(gè)周期或相隔幾個(gè)周期取一個(gè)樣，而每個(gè)取樣點(diǎn)分別取自每個(gè)輸入信號(hào)波形不同的位置上，若干個(gè)取樣點(diǎn)成為一個(gè)周期，可以組成類似于原信號(hào)的一個(gè)周期的波形，

3、但是周期拉長了。例如采集一個(gè)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(shí)時(shí)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(shí)間采樣方式，可以采樣100kHz 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每隔120 個(gè)像素采樣一次，幀間采樣率稍低于100kHz保證挪后一個(gè)像素。則對(duì)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(gè)圖像幀數(shù)據(jù)。顯然再這個(gè)過程中我們利用了畫面的靜止特性，也就是利用了信號(hào)的重復(fù)性。有兩種等效采樣的方法:隨機(jī)等效采樣和連續(xù)等效采樣。連續(xù)等效采樣在每

4、個(gè)觸發(fā)捕獲一個(gè)樣值，而不依賴于時(shí)間/格的設(shè)置和掃描速度，每發(fā)現(xiàn)一個(gè)觸發(fā)經(jīng)過一個(gè)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(gè)增量就是等效樣的周期。數(shù)字轉(zhuǎn)換器則又采下一個(gè)樣值。該過程重復(fù)多次. "deltat" 不斷增加到前一個(gè)捕獲量中，直到時(shí)間窗口填滿。如圖1 示: 隨機(jī)等效采樣采用內(nèi)部的時(shí)鐘，它與輸入信號(hào)和信號(hào)觸發(fā)的時(shí)鐘不同步，樣值連續(xù)不斷的獲得，而且獨(dú)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(shí)間差來確定采樣點(diǎn)在信號(hào)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(diǎn)相關(guān)的位置的問題。這是隨機(jī)等效采樣的難題之一。盡管采

5、樣在時(shí)間上是連續(xù)的，但是相對(duì)于觸發(fā)器則是隨機(jī)的，由此產(chǎn)生了"隨機(jī)"等效時(shí)間采樣的說法。如圖2 所示.。對(duì)于按照等效采樣得到的信號(hào)是否包含有原信號(hào)的全部頻率成分，下面給出分析。將連續(xù)信號(hào)x(t)和沖激函數(shù)p(t)相乘即可得到采樣后的離散信號(hào)x(n Ta)。x(n Ta)=x(t)xp(t) (1)由于輸入信號(hào)是周期信號(hào)，所以對(duì)于任一采樣點(diǎn)x(t-kT-mTl-jTa)因?yàn)門1/Ta， 為整數(shù)，有Fx(t-kT-mTl- jTs)=Fx(t-qTs )eiPTax(2)所以采樣點(diǎn)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(diǎn)x(t-kT-mTI-j Ta)來代替x(t-q Ta)重建輸人信號(hào)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(shí)間增量t 足夠的小即滿足1/t2fmax就可以恢復(fù)出原信號(hào)。不管采用哪一種方式，最后對(duì)采集的數(shù)據(jù)通過特定的算法進(jìn)行重組，都實(shí)現(xiàn)原始輸入信號(hào)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(hào)之間的延遲的微小增量t來確