基于混合滤波器组的数据采集系统的研究与实现

摘要

现代信号处理数字化程度越来越高，对模数转换的要求也越来越高，高速高精度采样系统已广泛应用于数字系统中。根据实际需求，本文研究了多通道采样系统的设计并通过 FPGA平台实现。主要通过理论分析、仿真和实测的方法分析算法可行性和系统性能，通过优化使用简单可行的结构实现，得到高质量的采样系统。主要内容包括：
　　1、结合国内外文献研究了多通道采样系统的基本设计方法，研究了多通道采样基本结构和实现应用时需要的基本理论。
　　2、重点研究功率互补结构。推导了滤波器组设计方法，仿真比较不同设计的系统性能。参考时间交替采样中的误差分析方法，分析多种通道误差、模拟误差和量化误差，采用模拟系数模型统一表征系统误差，简化了误差的表示和测量。
　　3、主要研究系统优化问题。根据误差模型，使用基于测试信号能量谱的算法估算算法，在一般的数字滤波器求解方法基础上，提出了模式搜索法进一步优化滤波器系数。结合多相插值滤波和功率互补滤波器自身特点，设计了简化的滤波器组结构，易于在FPGA中实现和校正。研究了单模拟滤波器结构，针对模拟端难于实现的问题，提出了改进结构。
　　4、使用FPGA作为硬件平台，选用芯片AD9434和XC7K325T设计实现两通道采样系统，设计采样速率1Gsps，采样精度9.0bit。模拟端使用双端网络设计滤波器，通过仿真和测量检验性能。数字端用verilog编程完成控制和计算工作，最后进行了误差校正和调整。使用信号源产生测试信号，通过在线跟踪和信号合成分析，单频和窄带信号采样速率1Gsps，采样有效位数在8.5bit到9.2bit间，基本满足设计要求。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 多通道采样基本理论

2.1 模拟信号数字化理论

2.2 多速率信号处理

2.3 多通道采样系统

2.4 本章总结

第三章 基于功率互补结构的采样系统设计

3.1 功率互补理论

3.2 滤波器组设计

3.3系统误差分析

3.4 本章总结

第四章 采样系统的优化

4.1滤波器系数优化

4.2 单模拟分解滤波器结构

4.3滤波器组结构优化

4.4 本章小结

第五章 基于FPGA的两通道采样系统的验证与实现

5.1 设计目标

5.2 器件选型

5.3 基于混合滤波器组结构两通道采样系统的实现

5.4 系统测试与结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献