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电子科技大学:《高速数据采集及处理技术 High Speed Data Acquisition and Processing》课程教学资源(教学大纲,负责人:杨扩军)

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研究生课程教学大纲 0608047103《高速数据采集及处理技术》教学大纲 课程 课程中 编号 0608047103 高速数据采集及处理技术 学时 40 文名称 ☑学位课 课程 课程英 口非学位课 文名称 High Speed Data Acquisition and Processing 学分 2 性质 口其他 开课 口春 适用学科 适用 ☑硕士 仪器科学与技术、控制工程 时间☑秋 (类别) 学生 口博士 先修课程 模拟电路,数字电路,数字信号处理 开课单位 自动化工程学院 大纲撰写人 杨扩军 大纲审稿人 制(修)定时间 2019.5 课程简介(中英文) 《高速数据采集及处理技术》是仪器科学与技术、仪器仪表工程及相近专业的一门综 合性课程。该课程从工程实践出发,以构建采样率高于10GSPS,输入信号带宽高于1GHz 的高速宽带数据采集系统为目标,使学生掌握高速数据采集中所涉及的信号调理、采样时钟 产生、高速数据传输及存储、数据处理等关键技术;通过用于提高采样率和输入带宽的 TIADC、IADC及DBI等先进方法的学习,掌握在现有器件限制条件下如何突破采样率及 输入带宽等关键指标。 本课程根据仪器科学与技术和仪器仪表工程人才培养目标、新技术发展与应用的需求而 开设,是仪器类专业的核心课程:同时,由于高速数据采集在通信、雷达、遥感及核物理等 电子系统中也有重要应用,故该课程可以作为全校众多相关专业的选修课程。也是深入培养 学生运用工程基础知识解决复杂工程技术问题能力的一门重要课程。 High Speed Data Acquisition and Processing Technology)is a comprehensive course of instrument science and technology,instrument engineering and similar specialty.Starting from the engineering practice,the goal of this course is to build a high-speed data acquisition system with sampling rate higher than 10 GSPS,input signal bandwidth higher than 1 GHz.Make the students master the signal conditioning,sampling clock generating,high-speed data transmission and storage, data processing and other key technologies involved in the high-speed data acquisition;By studying the advanced methods such as TIADC,FIADC and DBI,let how to break the key indicators such as sampling rate and bandwidth under the existing device constraints are mastered. This course is the core course of instrument specialty,which is developed according to the student training objectives of Instrument Science and Technology and Instrument Engineering,the demand of the technology development and application. Meanwhile,due to the wide use of high speed data acquisition in the electronic systems such as communication,radar,remote sensing and nuclear physics,so this course can be used as an elective course for many related majors in the university.It is also an important course to cultivate students ability to use engineering basic

研究生课程教学大纲 1 0608047103《高速数据采集及处理技术》教学大纲 课程 编号 0608047103 课程中 文名称 高速数据采集及处理技术 学时 40 课程 性质 学位课 □非学位课 □其他 课程英 文名称 High Speed Data Acquisition and Processing 学分 2 开课 时间 □春 秋 适用学科 (类别) 仪器科学与技术、控制工程 适用 学生 硕士 □博士 先修课程 模拟电路,数字电路,数字信号处理 开课单位 自动化工程学院 大纲撰写人 杨扩军 大纲审稿人 制(修)定时间 2019.5 课程简介(中英文) 《高速数据采集及处理技术》是仪器科学与技术、仪器仪表工程及相近专业的一门综 合性课程。该课程从工程实践出发,以构建采样率高于 10GSPS,输入信号带宽高于 1GHz 的高速宽带数据采集系统为目标,使学生掌握高速数据采集中所涉及的信号调理、采样时钟 产生、高速数据传输及存储、数据处理等关键技术;通过用于提高采样率和输入带宽的 TIADC、FIADC 及 DBI 等先进方法的学习,掌握在现有器件限制条件下如何突破采样率及 输入带宽等关键指标。 本课程根据仪器科学与技术和仪器仪表工程人才培养目标、新技术发展与应用的需求而 开设,是仪器类专业的核心课程;同时,由于高速数据采集在通信、雷达、遥感及核物理等 电子系统中也有重要应用,故该课程可以作为全校众多相关专业的选修课程。也是深入培养 学生运用工程基础知识解决复杂工程技术问题能力的一门重要课程。 《High Speed Data Acquisition and Processing Technology》is a comprehensive course of instrument science and technology, instrument engineering and similar specialty. Starting from the engineering practice, the goal of this course is to build a high-speed data acquisition system with sampling rate higher than 10 GSPS, input signal bandwidth higher than 1 GHz. Make the students master the signal conditioning, sampling clock generating, high-speed data transmission and storage, data processing and other key technologies involved in the high-speed data acquisition; By studying the advanced methods such as TIADC, FIADC and DBI, let how to break the key indicators such as sampling rate and bandwidth under the existing device constraints are mastered. This course is the core course of instrument specialty, which is developed according to the student training objectives of Instrument Science and Technology and Instrument Engineering, the demand of the technology development and application. Meanwhile, due to the wide use of high speed data acquisition in the electronic systems such as communication, radar, remote sensing and nuclear physics, so this course can be used as an elective course for many related majors in the university. It is also an important course to cultivate students ability to use engineering basic

研究生课程教学大纲 knowledge to solve complex engineering problems. 一、教学目标 高速数据采集在现代电子系统中有着广阔的工程应用背景,现在已经成为通信、雷达、 测试仪器等多个领域的核心技术。本课程面向硕士研究生,系统性地讲述高速数据采集的信 号调理通道、模数转换、大容量数据存储、多通道数据同步、误差校正等关键技术,以及 TIADC、FIADC、.DBI、TSADC等目前高性能采样的技术理论及其最新发展趋势。本课程将从 高速数据采集的理论和工程应用方面进行讲解,通过本课程教学,使学生了解该领域的研究 现状、发展趋势,掌握高速数据采集的最新理论、方法和技术,并具有较强的建立高速数据 采集系统的工程实践能力。 二、教学内容与要求 第一章:概论(2学时) 1本章教学内容:(1)数据采集系统的基本原理(0.5学时),(2)高速数据采集的研 究现状(1学时),(3)高速数据采集的应用及发展趋势(0.5学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解数据采集系统的基本概念、性能 指标与系统构成,重点区分高速与低速数据采集系统的不同点,掌握高速数据采集的研究现 状及其应用领域。 3本章教学重点:(1)使学生明白本课程的主要目的。 4本章教学难点:(1)抽象专业术语(性能指标)代表的物理含义。 第二章:采样基本理论(2学时) 1本章教学内容:(1)采样定理(1学时),(2)内插重构(0.5学时),(3)混叠现象 (0.5学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解脉冲串采样的原理,掌握如何通 过采样样本重构信号,了解混叠现象产生的原因。 3本章教学重点:(1)脉冲串采样之后信号频谱的变化。 4本章教学难点:(1)内插重构。 第三章:信号调理及采样时钟电路(4学时) 1本章教学内容:(1)宽带信号调理通道的基本结构(1学时),(2)阻抗变换网络(0.5 2

研究生课程教学大纲 2 knowledge to solve complex engineering problems. 一、教学目标 高速数据采集在现代电子系统中有着广阔的工程应用背景,现在已经成为通信、雷达、 测试仪器等多个领域的核心技术。本课程面向硕士研究生,系统性地讲述高速数据采集的信 号调理通道、模数转换、大容量数据存储、多通道数据同步、误差校正等关键技术,以及 TIADC、FIADC、DBI、TSADC 等目前高性能采样的技术理论及其最新发展趋势。本课程将从 高速数据采集的理论和工程应用方面进行讲解,通过本课程教学,使学生了解该领域的研究 现状、发展趋势, 掌握高速数据采集的最新理论、方法和技术,并具有较强的建立高速数据 采集系统的工程实践能力。 二、教学内容与要求 第一章:概论(2 学时) 1 本章教学内容:(1) 数据采集系统的基本原理(0.5 学时),(2) 高速数据采集的研 究现状(1 学时),(3) 高速数据采集的应用及发展趋势(0.5 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解数据采集系统的基本概念、性能 指标与系统构成,重点区分高速与低速数据采集系统的不同点,掌握高速数据采集的研究现 状及其应用领域。 3 本章教学重点:(1)使学生明白本课程的主要目的。 4 本章教学难点:(1)抽象专业术语(性能指标)代表的物理含义。 第二章:采样基本理论(2 学时) 1 本章教学内容:(1) 采样定理(1 学时),(2) 内插重构(0.5 学时),(3) 混叠现象 (0.5 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解脉冲串采样的原理,掌握如何通 过采样样本重构信号,了解混叠现象产生的原因。 3 本章教学重点:(1)脉冲串采样之后信号频谱的变化。 4 本章教学难点:(1)内插重构。 第三章:信号调理及采样时钟电路(4 学时) 1 本章教学内容:(1) 宽带信号调理通道的基本结构(1 学时),(2) 阻抗变换网络(0.5

研究生课程教学大纲 学时),(3)可变增益放大电路(0.5学时),(4)多ADC驱动(0.5学时),(5)采样时钟与 采样精度的关系(0.5学时),(6)高速时钟产生的基本方法(0.5学时),(7)低抖动采样 时钟设计(0.5学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解信号调理的作用及基本结构,阻 抗变换、可变增益放大及多ADC驱动电路,理解采样时钟的作用,掌握如何产生高速低抖动 的采样时钟。 3本章教学重点:(1)信号调理通道的结构,(2)高速低抖动采样时钟设计。 4本章教学难点:(1)采样时钟与采样精度的关系。 第四章:高速采样数据接收及大容量存储技术(6学时) 1本章教学内容:(1)高速ADC采样数据的输出方式(0.5学时),(2)采样数据接收: LVDS、JESD204B协议(2.5学时),(3)高速数据存储的基本方法(1学时),(4)高速数据 大容量存储技术:大容量存储的基本概念、大容量存储控制技术、大容量数据硬件协处理技 术(2学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解高速ADC采样数据的输出方式, 掌握基于LVDS并行输出与基于JESD204B协议输出的两种高速采样数据接收,了解高速数据 存储的基本方法,掌握大容量数据存储的控制原理及其硬件协处理技术。 3本章教学重点:(1)基于LVDS并行输出及基于JESD204B协议输出的两种高速采样 数据接收,(2)大容量存储控制及硬件协处理技术。 4本章教学难点:(1)高速数据大容量存储的硬件协处理技术。 第五章:高速数据传输及处理技术(8学时) 1本章教学内容:(1)软硬件通信的基本方式:地址译码、DMA数据传输(1学时)(2) 抽取与插值(3学时),(3)高速采样模式:峰值采样/平均采样/随机采样(2学时),(4)三 维波形映射技术:点/矢量(2学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解软硬件的控制流程及采样数据传 输的基本原理,掌握抽取及插值的实现方式,了解峰值采样/平均采样/随机采样三种高速采 样模式,掌握波形三维映射的基本原理及实现方法。 3本章教学重点:(1)软硬件通信的基本方式,(2)插值(3)三维波形映射技术。 4本章教学难点:(1)插值前后频谱的变化,(2)插值滤波器的设计及实现,(3)三维 波形映射的基本原理。 3

研究生课程教学大纲 3 学时),(3) 可变增益放大电路(0.5 学时),(4) 多 ADC 驱动(0.5 学时),(5) 采样时钟与 采样精度的关系(0.5 学时),(6) 高速时钟产生的基本方法(0.5 学时),(7)低抖动采样 时钟设计(0.5 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解信号调理的作用及基本结构,阻 抗变换、可变增益放大及多 ADC 驱动电路,理解采样时钟的作用,掌握如何产生高速低抖动 的采样时钟。 3 本章教学重点:(1)信号调理通道的结构,(2)高速低抖动采样时钟设计。 4 本章教学难点:(1)采样时钟与采样精度的关系。 第四章:高速采样数据接收及大容量存储技术(6 学时) 1 本章教学内容:(1) 高速 ADC 采样数据的输出方式(0.5 学时),(2) 采样数据接收: LVDS、JESD204B 协议(2.5 学时),(3) 高速数据存储的基本方法(1 学时),(4) 高速数据 大容量存储技术:大容量存储的基本概念、大容量存储控制技术、大容量数据硬件协处理技 术(2 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解高速 ADC 采样数据的输出方式, 掌握基于 LVDS 并行输出与基于 JESD204B 协议输出的两种高速采样数据接收,了解高速数据 存储的基本方法,掌握大容量数据存储的控制原理及其硬件协处理技术。 3 本章教学重点:(1)基于 LVDS 并行输出及基于 JESD204B 协议输出的两种高速采样 数据接收,(2)大容量存储控制及硬件协处理技术。 4 本章教学难点:(1)高速数据大容量存储的硬件协处理技术。 第五章:高速数据传输及处理技术(8 学时) 1 本章教学内容:(1) 软硬件通信的基本方式:地址译码、DMA 数据传输(1 学时)(2) 抽取与插值(3 学时),(3) 高速采样模式:峰值采样/平均采样/随机采样(2 学时),(4) 三 维波形映射技术:点/矢量(2 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解软硬件的控制流程及采样数据传 输的基本原理,掌握抽取及插值的实现方式,了解峰值采样/平均采样/随机采样三种高速采 样模式,掌握波形三维映射的基本原理及实现方法。 3 本章教学重点:(1)软硬件通信的基本方式,(2)插值(3)三维波形映射技术。 4 本章教学难点:(1)插值前后频谱的变化,(2)插值滤波器的设计及实现,(3)三维 波形映射的基本原理

研究生课程教学大纲 第六章:高采样率技术(12学时) 1本章教学内容:(I)时间交替采样(TIADC):TIADC的模型及基本原理、TIADC的增 益及偏置误差校正、TIADC的相位误差及校正、TIADC的自适应校正、TIADC的频响非一致 性校正、基于TIADC的高速数据采集系统实现(6学时),(2)频率交替采样(FIADC):滤波 器组基本原理、FIADC的模型及基本原理、FIADC的误差(4学时),(3)数字带宽交替采样 (DBI)及光扩展采样(TSADC):DBI的模型及基本原理、DBI的误差及应用举例、光扩展采 样基本原理(2学时)。 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解TIADC的基本原理及实现方式, 掌握TIADC中的增益、偏置及相位三种基本误差的估计及校正,了解TIADC的自适应校正, 了解频响非一致性误差的校正方式,掌握TIADC系统的实现方式:掌握FIADC的基本原理, 了解FIADC中的误差及校正:掌握DBI及TSADC的基本原理,了解DBI的误差来源及DBI 技术的应用。 3本章教学重点:(1)TIADC的模型及误差校正,(2)FIADC基本原理(3)DBI基本原 理,(4)TSADC基本原理。 4本章教学难点:(1)TIADC的时间误差校正,(2)自适应校正及频响非一致性误差校 正,(3)基于子带分解的FIADC和DBI的基本原理。 第七章:高分辨率采样技术(2学时) 1本章教学内容:(1)高分辨采样的应用需求(0.25学时),(2)多点平均高分辨率采 样技术(0.5学时),(3)多幅平均高分辨率采样技术(0.25学时),(4)时间同步并行采样 高分辨率技术(0.5学时),(5)幅度分级采样高分辨率技术(0.5学时). 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解高分辨率采样的必要,掌握常用 的提升分辨率的技术手段。 3本章教学重点:(1)多点平均高分辨率采样技术,(2)时间同步并行采样高分辨率技 术。 4本章教学难点:(1)时间同步并行采样高分辨率技术。 第八章:数据同步技术(4学时) 1本章教学内容:(1)并行触发同步原理及其实现方法(1学时),(2)多ADC系统采 样数据的同步(1学时),(3)多FPGA系统数据存储的同步(1学时),(4)多器件系统数据 同步的自校正方法(1学时)

研究生课程教学大纲 4 第六章:高采样率技术(12 学时) 1 本章教学内容:(1) 时间交替采样(TIADC):TIADC 的模型及基本原理、TIADC 的增 益及偏置误差校正、TIADC 的相位误差及校正、TIADC 的自适应校正、TIADC 的频响非一致 性校正、基于 TIADC 的高速数据采集系统实现(6 学时),(2) 频率交替采样 (FIADC):滤波 器组基本原理、FIADC 的模型及基本原理、FIADC 的误差(4 学时),(3) 数字带宽交替采样 (DBI) 及光扩展采样(TSADC):DBI 的模型及基本原理、DBI 的误差及应用举例、光扩展采 样基本原理(2 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解 TIADC 的基本原理及实现方式, 掌握 TIADC 中的增益、偏置及相位三种基本误差的估计及校正,了解 TIADC 的自适应校正, 了解频响非一致性误差的校正方式,掌握 TIADC 系统的实现方式;掌握 FIADC 的基本原理, 了解 FIADC 中的误差及校正;掌握 DBI 及 TSADC 的基本原理,了解 DBI 的误差来源及 DBI 技术的应用。 3 本章教学重点:(1)TIADC 的模型及误差校正,(2)FIADC 基本原理(3)DBI 基本原 理,(4)TSADC 基本原理。 4 本章教学难点:(1)TIADC 的时间误差校正,(2)自适应校正及频响非一致性误差校 正,(3)基于子带分解的 FIADC 和 DBI 的基本原理。 第七章:高分辨率采样技术(2 学时) 1 本章教学内容:(1) 高分辨采样的应用需求(0.25 学时),(2)多点平均高分辨率采 样技术(0.5 学时),(3)多幅平均高分辨率采样技术(0.25 学时),(4)时间同步并行采样 高分辨率技术(0.5 学时),(5)幅度分级采样高分辨率技术(0.5 学时)。 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生理解高分辨率采样的必要,掌握常用 的提升分辨率的技术手段。 3 本章教学重点:(1)多点平均高分辨率采样技术,(2)时间同步并行采样高分辨率技 术。 4 本章教学难点:(1)时间同步并行采样高分辨率技术。 第八章:数据同步技术(4 学时) 1 本章教学内容:(1) 并行触发同步原理及其实现方法(1 学时),(2)多 ADC 系统采 样数据的同步(1 学时),(3)多 FPGA 系统数据存储的同步(1 学时),(4)多器件系统数据 同步的自校正方法(1 学时)

研究生课程教学大纲 2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生掌握并行触发同步的基本原理及实现 方式,理解多ADC多FPGA系统中数据输出、存储及处理中同步的必要及实现同步的方式。 3本章教学重点:(1)并行触发同步的实现,(2)多器件数据同步的基本概念及实现方 式。 4本章教学难点:(1)多器件系统数据同步的实现。 三、教学方式 课程采取面授的教学方式。 四、考核方式与成绩评定 课程考核方式为考试,采取开卷笔试的方式。 成绩评定的考核比例为: (1)过程考核占40%,包括: 课程设计:20%,平时成绩:20%。 (2)期末考核占60%。 五、教材及主要参考书目 教材: [1]《宽带信号实时捕获与合成技术》,田书林等编著,电子科技大学出版社,2015年 [2]自编讲义 参考书目: [1]《电子测量技术》,田书林等编著,机械工业出版社,2012年 [2]IEEE Trans.Instruments Measurement,IEEE Trans.Circuit System, 器仪表学报等著名杂志的相关论文 [3]《宽带时域采集系统技术研究》,叶芃编著,电子科技大学博士学位论文,2009年 [4]《TIADC系统校准算法研究及实现》,杨扩军编著,电子科技大学博士学位论文,2015 年 [5]《宽带信号频谱分析关键技术研究及系统实现》,郭连平编著,电子科技大学博士学 位论文,2015年 [6]《基于并行处理的超高速采样系统研究与实现》,黄武煌编著,电子科技大学博士学 位论文,2015年 [7]《高速TIADC并行采样系统综合校正技术研究》,潘卉青编著,电子科技大学博士学

研究生课程教学大纲 5 2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生掌握并行触发同步的基本原理及实现 方式,理解多 ADC 多 FPGA 系统中数据输出、存储及处理中同步的必要及实现同步的方式。 3 本章教学重点:(1)并行触发同步的实现,(2)多器件数据同步的基本概念及实现方 式。 4 本章教学难点:(1)多器件系统数据同步的实现。 三、教学方式 课程采取面授的教学方式。 四、考核方式与成绩评定 课程考核方式为考试,采取开卷笔试的方式。 成绩评定的考核比例为: (1)过程考核占 40%,包括: 课程设计:20%,平时成绩:20%。 (2)期末考核占 60%。 五、教材及主要参考书目 教材: [1]《宽带信号实时捕获与合成技术》,田书林等编著,电子科技大学出版社,2015 年 [2]自编讲义 参考书目: [1] 《电子测量技术》,田书林等编著,机械工业出版社,2012 年 [2] IEEE Trans. Instruments & Measurement, IEEE Trans. Circuit & System, 仪 器仪表学报等著名杂志的相关论文 [3]《宽带时域采集系统技术研究》,叶芃编著,电子科技大学博士学位论文,2009 年 [4]《TIADC 系统校准算法研究及实现》,杨扩军编著,电子科技大学博士学位论文,2015 年 [5]《宽带信号频谱分析关键技术研究及系统实现》,郭连平编著,电子科技大学博士学 位论文,2015 年 [6]《基于并行处理的超高速采样系统研究与实现》,黄武煌编著,电子科技大学博士学 位论文,2015 年 [7]《高速 TIADC 并行采样系统综合校正技术研究》,潘卉青编著,电子科技大学博士学

研究生课程教学大纲 位论文,2010年 [8]《宽带无缝采集技术及其在数字示波器中的应用研究》,曾浩编著,电子科技大学博 士学位论文,2010年 [9]《宽带等效取样示波器关键技术研究》,邱渡裕编著,电子科技大学博士学位论文, 2015年 6

研究生课程教学大纲 6 位论文,2010 年 [8]《宽带无缝采集技术及其在数字示波器中的应用研究》,曾浩编著,电子科技大学博 士学位论文,2010 年 [9]《宽带等效取样示波器关键技术研究》,邱渡裕编著,电子科技大学博士学位论文, 2015 年

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