近年來,隨著量子信息技術(shù)、生物科技等高新技術(shù)發(fā)展迅猛,對微弱光信號檢測采樣的研究越發(fā)引人關(guān)注。不同于采集強光信號,微弱光信號在信息提取環(huán)節(jié)對采樣模塊的分辨率和采樣率要求更高。如何高速高精度地對微弱光信號進行信息采集,關(guān)系著系統(tǒng)整體性能的優(yōu)劣。但在一個實際采樣系統(tǒng)中很難同時滿足微弱光信號采樣高分辨率和高采樣率的需求。為解決這一難題,以往使用的是多片ADC芯片并行采樣方案,實現(xiàn)電路復(fù)雜。不同于并行采樣方案,本文設(shè)計了一種基于單片高速ADC芯片和可編程實驗芯片的等效采樣系統(tǒng),具體內(nèi)容如下:1.分析了微弱光信號采樣過程中遇到的高采樣率與高分辨率之間相互矛盾,提出了采用等效采樣的方法。2.給出了利用可編程時延芯片對采樣時鐘進行等步長時延,實現(xiàn)順序等效采樣的方案。討論并設(shè)計采樣子卡電路。整個采樣子卡電路主要分成5個模塊,分別是以LMK03806芯片為核心的時鐘發(fā)生模塊,以MC10EP195芯片為核心的高精度可編程時延模塊,以高速ADC芯片ADS54RF63為核心的ADC采樣模塊,以FMC-LPC為接口的采樣子卡與FPGA開發(fā)板之間的數(shù)據(jù)交互模塊和采樣子卡供電模塊。最終,根據(jù)設(shè)計好的電路原理圖,繪制PCB板并制成采樣子卡實物。3.測試采樣子卡性能,分三個模塊進行測試。一是對子卡的時鐘發(fā)生模塊進行測試,驗證兩個功能:一個是能夠支持FPGA開發(fā)板對時鐘芯片寄存器的寫入,成功輸出高頻穩(wěn)定時鐘;另一個功能是可以實現(xiàn)收發(fā)系統(tǒng)之間的時鐘同步,避免采樣漂移。二是對ADC采樣模塊進行測試,通過程序設(shè)計解決采樣中的亞穩(wěn)態(tài)問題。測試結(jié)果表明在200MHz的采樣頻率下,采樣子卡的有效位數(shù)能達到9.25bits。三是測試可編程時延模塊,成功編程控制MC10EP195芯片實現(xiàn)對100MHz的采樣時鐘的實時時延,等效采樣頻率可以達到2GHz。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種用于微弱光信號高精度采樣系統(tǒng),能夠兼顧到高精度采樣技術(shù)中的高速率和高分辨率的需求。該系統(tǒng)借助可編程時延芯片實現(xiàn)等效采樣,實現(xiàn)簡單,在微弱光信號采樣中有廣泛應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN911.23;TN79
【部分圖文】：

率一定的條件下，量化位數(shù)的增加，后端的數(shù)據(jù)接收壓力會加大。所以在目前的??ＡＤＣ芯片主流產(chǎn)品中，量化位數(shù)一般只有ｌＯｂｉｔｓ左右，如果真的需要高量化位??數(shù)會采用芯片級聯(lián)的方式。如圖１－１所示，在高精度采樣中，過采樣和高分辨率??的要求最終推論得出兩者相互矛盾。??針對這一問題，一般會通過使用時間交替采樣（Ｔｉｍｅ－ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ）技術(shù)的方??法來處理。這種技術(shù)是在１９８０年，由美國人布萊克和霍奇斯提出，創(chuàng)造性地利??用多片ＡＤＣ構(gòu)成并行采樣系統(tǒng)，每個ＡＤＣ通道同時對同一個模擬信號進行??采樣，這樣可以實現(xiàn)整個采樣系統(tǒng)的采樣頻率通過每片ＡＤＣ的采樣頻率進行疊??力口，達到成倍地提高系統(tǒng)采樣率的目的［７］。目前市場上的大部分示波器生產(chǎn)商家??都采用這種方法來實現(xiàn)高精度采樣顯示。但是，這種方法首先帶來的是成本問題，??多片ＡＤＣ芯片級聯(lián)會帶來研究成本的提高，在高校中一般課題組負(fù)擔(dān)不起。其??次

ｉｆｋ?■??￣ｆ?Ｓ?－ｆｓ?０?ｆｓ?ｆ＇ｓ?ｆ??圖２－５理想低通濾波器與實際濾波器的差別??２．１．４?ＡＤＣ芯片的采樣工作原理??ＡＤＣ芯片是整個采樣模塊的核心元器件，其工作過程主要是先對輸入的模??擬信號ｘ（ｔ）進行采樣，并保持采樣值ｘ＇（ｔ），然后通過量化環(huán)節(jié)把采樣保持值ｘ＇（ｔ）??轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的量化值ｘ（ｎｒ），最后按照一定的格式進行編碼，得到數(shù)字信號ｘ（ｎ）。??這也就是我們平時在通信中提及的采樣，量化和編碼三大環(huán)節(jié)。??Ａ?ｎｘ?ｊｆｌ??—Ｉ?＼?＾?Ｊｉｌｌ??ｘ（ｔ）?￣￣?ｘｆ（ｔ）?ｘ（ｎＴ）＼?ｘ（ｎ）??—＾采樣?一＾－?量化?一＾?編碼?■?＊??圖２－６?ＡＤＣ芯片的采樣工作原理??其中，采樣環(huán)節(jié)是對輸入的模擬信號進行數(shù)據(jù)點的選取。一般條件下，如果??采樣的頻率越高，取樣點的間隔就會越來越小，即可以得到更加密集的信號信息，??后面的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)也能得到更完整的恢復(fù)出原始信號信息。采樣環(huán)節(jié)是在時間??域上對模擬信號進行離散化，量化環(huán)節(jié)可以理解成是在取值域上對取樣點序列進??行離散化。在時間域上對信號進行離散化

?ｘ（ｎ）??—＾采樣?一＾－?量化?一＾?編碼?■?＊??圖２－６?ＡＤＣ芯片的采樣工作原理??其中，采樣環(huán)節(jié)是對輸入的模擬信號進行數(shù)據(jù)點的選取。一般條件下，如果??采樣的頻率越高，取樣點的間隔就會越來越小，即可以得到更加密集的信號信息，??后面的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)也能得到更完整的恢復(fù)出原始信號信息。采樣環(huán)節(jié)是在時間??域上對模擬信號進行離散化，量化環(huán)節(jié)可以理解成是在取值域上對取樣點序列進??行離散化。在時間域上對信號進行離散化，不會引入失真，因為各個采樣值還是??連續(xù)變量。一般而言，量化位數(shù)越高，可以對取樣序列進行更細(xì)致的標(biāo)定，即是??信號的分辨率也就越高。但量化環(huán)節(jié)是對輸入取樣點電平值的離散化處理，因為??量化的精度有限，不能百分之百標(biāo)定序列值。這一環(huán)節(jié)上肯定會產(chǎn)生量化誤差，??導(dǎo)致信號失真。目前針對連續(xù)信源的量化方式主要有一維量化和多個采樣值聯(lián)合??量化的矢量量化兩種方式
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1 邱忠洋;;熔接時檢查有無光信號的簡易方法[J];中國有線電視;2006年01期

2 金佑國;朱建明;;光多道分析儀的原理及應(yīng)用[J];光譜實驗室;1987年01期

3 張榮康;;用超聲波控制的新型集成電路[J];激光與光電子學(xué)進展;1988年09期

4 ;國內(nèi)專利[J];激光與紅外;1988年02期

5 趙世文;當(dāng)立方體作高速運動時觀察者不可能同時看到它的前表面和后表面[J];大學(xué)物理;1988年10期

6 聞森湄;;光纖通信簡介[J];鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計通訊;1989年07期

7 丁良恩;李敏;王祖賡;;可同時進行光和電離探測的熱管及其應(yīng)用[J];應(yīng)用激光;1989年04期

8 蔣華莉,許裕生;相對論多普勒效應(yīng)公式的推導(dǎo)[J];大學(xué)物理;1989年08期

9 李家治;關(guān)于閃光信號語義干擾的另一些實驗研究[J];心理學(xué)報;1964年02期

10 王春明,胡倫驥,胡席遠(yuǎn),杜漢斌;鈦合金激光焊接過程中等離子體光信號的檢測與分析[J];焊接學(xué)報;2004年01期

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1 劉博;多維多階正交光信號的傳輸理論及其數(shù)字域損傷補償與動態(tài)識別的研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

2 黃秋元;高速TDMA光信號收發(fā)理論研究與誤碼測試系統(tǒng)設(shè)計[D];武漢理工大學(xué);2010年

3 王慶燕;不同群體結(jié)構(gòu)下玉米避陰反應(yīng)的生理生化機制及其調(diào)控研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

4 李超;二茂鐵基和（或）偶氮苯基化合物及其嵌段共聚物的合成及性能研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 張寶榮;偽隨機序列在微弱光信號測量中的應(yīng)用[D];燕山大學(xué);2010年

6 陳智宇;光信號非線性調(diào)控及高速傳輸技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2016年

7 孫揚;小麥bZIP基因TaGBF調(diào)節(jié)光形態(tài)建成與抗逆的作用機制研究[D];山東大學(xué);2014年

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1 許春超;微弱光信號高精度采樣研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 李龍卿;100 Gbit/s DP-QPSK調(diào)制光信號源設(shè)計[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 尚進;光信號的識別技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 華強;用于光信號探測的光信號源技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

5 周欣;光傳送網(wǎng)光信號轉(zhuǎn)發(fā)單元的硬件設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2008年

6 史曉軍;1550nm幀頭提取光信號源的研制[D];北京交通大學(xué);2009年

7 曹廣占;弱光信號的隨機共振增強技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2014年

8 李飛;基于偽隨機序列的微弱光信號測量系統(tǒng)的研究[D];燕山大學(xué);2013年

9 祖海嬌;基于偽隨機序列的微弱光信號測量系統(tǒng)[D];燕山大學(xué);2010年

10 李琳;激光超聲系統(tǒng)中光信號檢測模塊的研制[D];北京交通大學(xué);2006年

本文編號：2888761