高速数据采集信号调理电路的研究

摘要

数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作，一个数据采集系统通常是由数据采集、信号调理、数据转换及存储等4个主要部分组成。信号必须经过高性能地信号调理电路才能达到较好的测量精度，而合理的数据采集前端处理结构能简化电路，降低实现难度，保证系统的可靠运行。 本课题就是以高速数据采集系统中信号调理部分为研究对象，信号调理将范围较大的输入信号调理到能够满足模数转换器量程范围以内，为数据采集系统提供良好的输入信号动态范围，所以良好的信号调理方案对于高速数据采集系统具有非常重要的意义。 本文研究了高速数据采集信号调理部分实现方法，综合运用了阻抗匹配及变换、信号衰减放大、模拟数字转换等技术。对高速数据采集系统前端信号调理主要部分功能电路的各种方案进行了比较和论证，并给出了各部分功能电路的具体实现方案。文中着重对阻抗选择及变换、无源衰减、放大、高速ADC及外围电路的实现等内容进行了详细地讨论，给出了具体的电路设计方案和关键器件的说明，最后在总结各部分功能电路实现方案的基础上，设计了一套具有两个高速数据同步采集通道的信号调理电路，每个通道可以实现实时采样1GSPS，8位分辨率，模拟输入带宽200MHz。 本文研究的内容对于各种高速数据采集产品的前端的信号调理，如数字示波器，频谱分析仪等模拟前端信号调理都具有非常重要的实践意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及来源

1.2课题研究目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4课题研究的主要内容

第2章数据采集的基本理论

2.1数据采集技术概述

2.2信号分析

2.3信号处理

2.3.1低通抽样定理

2.3.2带通抽样定理

2.3.3采样保持

2.3.4量化与编码

2.4本章小结

第3章信号调理电路的研究

3.1信号调理电路概述

3.2方案设计原则

3.3信号调理电路中的关键技术

3.4阻抗匹配与阻抗变换电路的方案与实现

3.4.1阻抗匹配概述

3.4.2阻抗匹配方案与实现

3.4.3阻抗变换方案与实现

3.5衰减与放大电路方案研究

3.5.1无源衰减电路方案与实现

3.5.2基于可变增益放大电路的方案与实现

3.5.3基于运算放大器的设计方案

3.6 ADC前级驱动方案与实现

3.6.1基于变压器的ADC前级驱动方案

3.6.2基于差分放大器的ADC前级驱动方案

3.7本章小结

第4章ADC及外围电路的研究

4.1概述

4.2常用ADC的类型及参数

4.2.1常用ADC类型

4.2.2 ADC主要参数论述

4.3常用ADC的应用方案与实现

4.3.1低速率高精度ADC方案与实现

4.3.2高速率低精度ADC方案与实现

4.3.3单ADC芯片实现多路数据转换的方案

4.3.4采用移相技术实现高速率数据转换的方案

4.4 ADC驱动时钟的方案与实现

4.4.1低频时钟方案与实现

4.4.2高频时钟方案与实现

4.4.3变频时钟方案与实现

4.4.4高速时钟抖动对系统的影响

4.5本章小结

第5章200MHz带宽信号调理电路的设计

5.1高速数据采集系统前端信号调理电路

5.1.1高频衰减电路设计

5.1.2阻抗变换电路设计

5.1.3直流偏置补偿电路

5.1.4放大电路设计

5.1.5输出驱动电路

5.2高速ADC接口设计

5.2.1高速数据采集时钟的设计

5.2.2数据转换电路

5.3高速PCB的设计

5.3.1高速PCB走线的设计

5.3.2器件的合理布局

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢