高精度可重构数据采集系统及其不确定度分析

摘要

随着电子通信技术的飞速发展，数据采集系统已经被广泛的应用于航天航空、工业生产以及人们日常生活等各个方面。尤其是在航空航天、武器装备以及工业制造等领域，对高精度可重构数据采集系统有着迫切需求。因此，本文针对高精度、可重构、低功耗数据采集系统的关键技术和不确定度分析，具有重要研究意义和实用价值。 本文根据某型号数据采集系统的指标要求，研究并设计了一种高精度可重构数据采集系统，并对其测量不确定度进行了分析。主要工作包括： （1）研究了基于数据采集系统的可重构技术。设计主要基于FPGA内部逻辑程序的控制实现包括传感器接口模块类型、放大电路增益控制、滤波电路截止频率设置以及ADC采样率配置等参数的可重构。可重构技术能够动态地重构系统设计，具有资源利用率高、灵活性强、成本低等优点，有效拓展了本数据采集系统的应用领域。 （2）研究了数据采集系统精度提高技术。本设计总体方案上采用组合滤波器电路、两级放大电路等设计方案，硬件设计部分着重从芯片选型、电路设计、PCB布板布局 等方面展开研究，软件逻辑程序部分设计了独立ADC控制时序、数据缓存FIFO以及数据管理模块等，有效提高了数据采集系统的精度。 （3）研究了本数据采集系统的不确定度分析方法。针对本数据采集测量系统的测量结果，本课题利用测量不确定度的评定方法，对其进行了不确定度来源的分析和估算。 最后基于本系统的测试平台下，结合指标要求，对各模块功能进行了调试和结果的分析，并基于各模块调试的结果上，着重对本数据采集系统整体精度、功耗、通道同步等指标进行了测试和结果的分析。测试结果证明本次课题设计方案满足本项目要求的技术指标，具有很强的可靠性和实用性。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1数据采集系统研究现状

1.2.2可重构技术研究现状

1.2.3测量不确定度研究现状

1.3本文主要研究工作及安排

2 系统方案设计

2.1数据采集系统概述

2.2关键指标与技术分析

2.3硬件总体设计

2.4逻辑程序总体设计

2.5本章小结

3 关键技术研究与实现

3.1硬件电路总体方案设计

3.2高精度可重构调理电路研究与设计

3.2.1高精度可重构传感器接口电路

3.2.2高精度可重构放大电路

3.2.3高精度可重构组合滤波方法

3.3高精度ADC硬件电路设计

3.4微小型控制电路设计

3.5低功耗电源电路设计

3.6本章小结

4 FPGA逻辑程序设计

4.1系统逻辑程序总体设计

4.2指令解析模块

4.3分频模块设计

4.4模数转换控制模块

4.5 数据管理模块

4.6本章小节

5 系统测试与验证

5.1系统测试平台与工具介绍

5.2系统硬件功能测试

5.2.1电源电路功能测试

5.2.2放大电路功能测试

5.2.3组合滤波器电路功能测试

5.3整体功能测试

5.4系统整体主要技术指标测试

5.4.1精度测试

5.4.2功耗测试

5.4.3同步误差测试

5.4本章小结

6 测量不确定度研究

6.1测量不确定度理论及评定方法

6.2系统测量不确定度分析与估算

6.2.1测量方法及依据

6.2.2标准不确定度来源分析及评定

6.2.4合成标准不确定度

6.2.5扩展不确定度

6.2.6测量不确定度报告

6.3减小不确定度措施

6.4本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果

致谢