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專利名稱：數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，屬于測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集卡廣泛用于信號(hào)測(cè)量和監(jiān)控。而一般的數(shù)據(jù)采集卡具有16位測(cè)量精度，遠(yuǎn)高于數(shù)字示波器的8位測(cè)量精度。但另一方面，與數(shù)字示波器相比，數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣率要低得多，這使得數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量時(shí)間分辨率要遠(yuǎn)低于數(shù)字示波器。目前數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣率一般只有IMHz左右，對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)間分辨率只有約I微秒，這在很多情況下并不能滿足高頻信號(hào)或波形細(xì)節(jié)測(cè)量的需要。針對(duì)這個(gè)問題，人們提出對(duì)于周期信號(hào)采用等效采樣的辦法加以解決。所述的等效采樣方法是針對(duì)周期信號(hào)的時(shí)域重復(fù)特點(diǎn)，在不同的時(shí)間段進(jìn)行多次較低采樣率的采樣，然后將這些低采樣率的樣本按照跟觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行重組，從而真實(shí)重構(gòu)出原始信號(hào)波形的數(shù)據(jù)采集方法?，F(xiàn)有的等效采樣方法主要有隨機(jī)等效采樣和順序等效采樣兩種。所述的隨機(jī)等效采樣方法的采樣信號(hào)時(shí)鐘和被采集信號(hào)時(shí)鐘不相關(guān)，每次采集時(shí)記錄下采樣信號(hào)和采樣觸發(fā)信號(hào)之間的時(shí)間差，待數(shù)據(jù)全部采集完之后，再根據(jù)記錄下的時(shí)間差來進(jìn)行信號(hào)的重建。順序等效采樣方法是在周期信號(hào)的基礎(chǔ)上，每次采樣都是由某一觸發(fā)信號(hào)來啟動(dòng)，每次采樣時(shí)刻相對(duì)于觸發(fā)信號(hào)都有一個(gè)時(shí)間步進(jìn)，而步進(jìn)量又按照順序依次有規(guī)律遞增，這樣，每次采樣點(diǎn)相對(duì)于觸發(fā)信號(hào)的位置都在按順序改變。將所有采樣值全部取得后，將樣本按順序進(jìn)行組合，即得到采樣結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)上述等效采樣原理，人們研究出了各種技術(shù)手段。但現(xiàn)有的技術(shù)都要通過復(fù)雜的電路和精密的器件來實(shí)現(xiàn)，致使大幅增加成本和功耗，不利于推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種利用數(shù)據(jù)采集卡獲得高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)采集卡等效采樣方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電路復(fù)雜、器件要求高、成本高、功耗大、不易實(shí)現(xiàn)、不利于推廣使用的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:所述等效采樣的具體步驟是:
步驟a、當(dāng)外部的第I個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第一實(shí)時(shí)采樣率
采集兩個(gè)數(shù)據(jù)4)4^42,其中，％是實(shí)時(shí)采樣的最短時(shí)間間隔；
步驟b、當(dāng)外部的第2個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第二實(shí)時(shí)采樣率 采集兩個(gè)數(shù)據(jù)其中，u是設(shè)定的等效采樣的時(shí)間分辨率，且
Ai Τ0 ；
步驟C、當(dāng)外部的第3個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第三實(shí)時(shí)采樣率A = IΚ + 2ΔΙ)采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和為2 ;步驟d、所述第一實(shí)時(shí)采樣率Λ = i/τ。是數(shù)據(jù)采集卡的最高實(shí)時(shí)采樣率，而第二實(shí)時(shí)采樣率J1 = 1/(5+11)和第三實(shí)時(shí)采樣率/2 =1/(%+2Δ )依次遞減，并且不斷降低數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)時(shí)采樣率，當(dāng)外部的第《 + I個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，由數(shù)據(jù)采集卡用采樣率Sn = IAJq +_采集兩個(gè)數(shù)據(jù)為1和為2 ,直到完成全部采集,η為正整數(shù)；
步驟Θ、將數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的第二個(gè)數(shù)據(jù)為2、為2、為2、一A2取出來，并按采樣的順序進(jìn)行組合，就獲得了測(cè)量時(shí)間分辨率為Δ 的等效采樣結(jié)果。在上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的第一個(gè)數(shù)據(jù)、Al、4ι、…A1的采集時(shí)刻與觸發(fā)時(shí)刻相同。在上述技術(shù)方案中，外部的觸發(fā)信號(hào)的位相與數(shù)據(jù)采集卡實(shí)施等效采樣的被測(cè)信號(hào)的位相是相同的。在上述技術(shù)方案中，所述等效采樣的時(shí)間分辨率 的最小值為數(shù)據(jù)采集卡的I個(gè)時(shí)鐘周期。本發(fā)明所具有的積極效果是:由于采用上述的等效采樣方法后，只是通過設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的采樣率，并將每次采樣的第二個(gè)數(shù)據(jù)取出來并按采樣順序進(jìn)行組合，以獲得數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量時(shí)間分辨率，不需要任何附加電路即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣，降低了采樣成本和功耗，易于實(shí)現(xiàn)，也便于推廣使用。


圖1是本發(fā)明等效采樣方法的原理 圖2是利用本發(fā)明的等效采樣方法對(duì)IOOkHz正弦波信號(hào)進(jìn)行等效采樣的測(cè)量結(jié)果； 圖3是利用本發(fā)明的等效采樣方法對(duì)IOOkHz方波信號(hào)上升沿細(xì)節(jié)進(jìn)行等效采樣的測(cè) 量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖以及給出的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此。如圖1所示，一種數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，所述等效采樣的具體步驟是:
步驟a、當(dāng)外部的第I個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第一實(shí)時(shí)采樣率/Q = I/T0采
集兩個(gè)數(shù)據(jù)為，其中巾是實(shí)時(shí)采樣的最短時(shí)間間隔；
步驟b、當(dāng)外部的第2個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第二實(shí)時(shí)采樣率/i = y(Tn+M)采集兩個(gè)數(shù)據(jù)J11和為2 ,其中 u是設(shè)定的等效采樣的時(shí)間分辨率，且Ai % ；
步驟C、當(dāng)外部的第3個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第三實(shí)時(shí)采樣率Z2 = I AT。+ 2ΔΙ)采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和為2 ；
步驟d、所述第一實(shí)時(shí)采樣率/Q = i/rQ是數(shù)據(jù)采集卡的最高實(shí)時(shí)采樣率，而第二實(shí)時(shí)采樣率4 = 1/(%+Δ 和第三實(shí)時(shí)采樣率/2=1/(Γ0+2Δ￡)依次遞減，并且不斷降低數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)時(shí)采樣率，當(dāng)外部的第《 + I個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，由數(shù)據(jù)采集卡用采樣率/ = +nAi)采集兩個(gè)數(shù)據(jù)4ι和4 ，直到完成全部采集，η為正整數(shù)；
步驟e、將數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的第二個(gè)數(shù)據(jù)為2、A2、為2、一A2取出來，并按采樣的順序進(jìn)行組合，就獲得了測(cè)量時(shí)間分辨率也即測(cè)量時(shí)間間隔為ΔΙ的等效采樣結(jié)果。本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的第一個(gè)數(shù)據(jù)、Al、Al、…的采集時(shí)刻與
觸發(fā)時(shí)刻相同。而數(shù)據(jù)采集卡每次采樣的第一個(gè)數(shù)據(jù)為1、為1、.4λ也是一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)獲得數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)量時(shí)間分辨率并不影響。本發(fā)明外部的觸發(fā)信號(hào)的位相與數(shù)據(jù)采集卡實(shí)施等效采樣的被測(cè)信號(hào)的位相是相同的。本發(fā)明所述等效采樣的時(shí)間分辨車u的最小值為數(shù)據(jù)采集卡的I個(gè)時(shí)鐘周期。如圖1所示，觸發(fā)信號(hào)與被測(cè)周期信號(hào)有固定的相位關(guān)系。首先將數(shù)據(jù)采集卡的采樣率設(shè)置為最高實(shí)時(shí)采樣率/Q =1/%，其中，％是實(shí)時(shí)采樣的最短時(shí)間間隔，當(dāng)?shù)贗個(gè)觸
發(fā)信號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和為2，而該兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為A ;然后降低采 樣率為=l/(rQ +ΔΙ) , Li Γ0 ,當(dāng)?shù)?個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)J11和為2，而該
兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為A ;繼續(xù)降低采樣率為/2 = 1/(Τ0+2Δ )，當(dāng)?shù)?個(gè)觸發(fā)信
號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)為JPA2，而該兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為A +2Δ ;如此不斷降
低采樣率，當(dāng)?shù)讦?1個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用采樣率Λ = I/(T0 +nAi)采集兩個(gè)數(shù)據(jù)
，直到完成全部采集力正整數(shù)。圖1中示意性地畫到了《 =3 ,將每次采樣的第二個(gè)數(shù)據(jù)取出來按順序組合，就獲得了如圖1中最上層所示的等效采樣結(jié)果，其中可見測(cè)量時(shí)間分辨率為Δ ，可以遠(yuǎn)高于實(shí)時(shí)采樣的時(shí)間分辨率巧。如圖2、3所示，利用本發(fā)明的方法對(duì)ΕΕ1642Β型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的IOOkHz正弦波和方波信號(hào)分別進(jìn)行等效采樣。數(shù)據(jù)采集卡為National Instruments公司的USB6211
型，其最高實(shí)時(shí)采樣率只有/Q = 250kHz，對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)采樣的時(shí)間分辨率只有％ =4叫。取ΔΙ =tl02叫，經(jīng)過800次觸發(fā)采樣，獲得了高達(dá)0.02叫時(shí)間分辨率的波形數(shù)據(jù)。圖2中的正弦波信號(hào)沒有失真，測(cè)量準(zhǔn)確，證明了本發(fā)明方法的正確性和有效性。圖3中對(duì)方波信號(hào)的測(cè)量非常清楚地顯示了方波信號(hào)的波形，特別是上升沿和下降沿的細(xì)節(jié)。 本發(fā)明通過設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡的采樣率實(shí)現(xiàn)等效采集，不需要任何附加電路即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣，也降低了采樣成本和功耗，易于實(shí)現(xiàn)，也便于推廣使用。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，其特征在于:所述等效采樣的具體步驟是: 步驟a、當(dāng)外部的第I個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用數(shù)據(jù)采集卡的第一實(shí)時(shí)采樣率
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集卡每次米樣的第一個(gè)數(shù)據(jù)為1、4ιι、為1、…4*1的米集時(shí)刻與觸發(fā)時(shí)刻相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，其特征在于:外部的觸發(fā)信號(hào)的位相與數(shù)據(jù)采集卡實(shí)施等效采樣的被測(cè)信號(hào)的位相是相同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，其特征在于:所述等效采樣的時(shí)間分辨車u的最小值為數(shù)據(jù)采集卡的I個(gè)時(shí)鐘周期。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集卡的等效采樣方法，首先將數(shù)據(jù)采集卡的采樣率設(shè)置為最高實(shí)時(shí)采樣率，其中，是實(shí)時(shí)采樣的最短時(shí)間間隔，當(dāng)?shù)?個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和，而該兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為；然后降低采樣率為，，當(dāng)?shù)?個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和，而該兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為；繼續(xù)降低采樣率為，當(dāng)?shù)?個(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和，而該兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為；如此不斷降低采樣率，當(dāng)?shù)趥€(gè)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，用采樣率采集兩個(gè)數(shù)據(jù)和，直到完成全部采集，為正整數(shù)。本發(fā)明降低了采樣成本和功耗，易于實(shí)現(xiàn)，便于推廣使用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R13/00GK103197108SQ20131009699
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者陸文琪, 張文蘭, 徐軍 申請(qǐng)人:大連理工常州研究院有限公司