中煤科工集团重庆研究院有限公司 张海鹏

基于FPGA的非周期信号等效采样原理和实现

中煤科工集团重庆研究院有限公司 张海鹏

分析了高精度测量仪表中信号高速ADC采样的迫切性，实际应用时信号等效采样的必要性，结合非周期信号的特点确定了顺序等效采样的方法，阐述了顺序等效采样的原理，基于FPGA内部锁相环（PLL）倍频和移相的特点，最终实现了用50MSPS的ADC达到了1.6GSPS的等效采样速率，为解决毫米级激光测距和分米级电磁波故障定位的精度问题提供了理论依据和实际措施。

非周期信号；等效采样；顺序等效采样法；随机等效采样法；FPGA

引言

随着数字信号处理技术的迅速发展,模拟信号数字化越来越靠近设备前端,波形数字化[1]一直是前端读出电子学系统设计的难点,对高速变化的模拟信号进行采样例如高精度的激光测距仪、电磁波故障定位仪、数字示波器等,都要求有超高采样率的ADC电路和数据处理电路。低速ADC无法对高频信号实时采集,高速ADC芯片价格居高不下,并且采购还受国外因素制约,必须采用等效采样技术。它以增加采集时间为代价降低采样率,通过对多次采样的数据进行重构实现周期信号或非周期信号的数字化。等效采样分顺序和随机等效采样两种方法[2]。对于周期信号可以采用随机等效采样并实现预触发,多应用于数字示波器;对于非周期信号只能采用顺序等效采样,本设计的创新在于充分利用FPGA内部锁相环倍频和移相实现了0.625ns实时时移,可编程逻辑电路控制顺序等效采样时序,结合50MSPS的ADC等效实现了1.6GSPS的采样速率。……