956 高采样率技术 频率交替采样 杨扩军副研究员 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 高采样率技术 ——频率交替采样 杨扩军 副研究员
频率交替采样原理 /956 Analog analysis filters Digital synthesis filters Ho(s) 个M F(E) H,(s) ↑M F() x(t) H(S) 个M Fn(a)） y(n) HM-(s) →个M →FM-(a) 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 1 H s( ) 1 ( ) H s M ( ) H s m 0 H s( ) … … x t( ) Q Q Q Q MT s 1 F z( ) 1 ( ) F z M ( ) F z m 0 F z( ) … … M M M M … … T s y n( ) Analog analysis filters Digital synthesis filters
频率交替采样原理 956 H(s)八H(s)人H2(s) HM-(s) HZ 0 1/2T, M通道模拟滤波器频响 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 M通道模拟滤波器频响 0 H s( ) … Hz 1/ 2T s 1 ( ) 1 H s M H s( ) 2 H s( ) 0
频率交替采样原理 95 ●何为完美重构？ 完美重构的波形是输入信号波形 的延时，只在幅度上有C倍放大！ 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 何为完美重构？ 完美重构的波形是输入信号波形 的延时，只在幅度上有C倍放大！
数字带宽交替采样原理 希 x(2) 希 2 子带 M个频率子带 模拟混频 高频率子带 低频零频率附近 。每个子带只需要全频带1M的带宽就可以完成采样 ●每个子带所需要的采样率也之降低1M 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 数字带宽交替采样原理 M个频率子带 1 2 ... M ... ... ... 子 带 1 子 带 2 子 带 M X j ... 0 0 0 0 高频率子带 低频零频率附近 每个子带只需要全频带1/M的带宽就可以完成采样 每个子带所需要的采样率也之降低1/M 模拟混频
频率交替采样原理 数字端将低频带信号恢复至原始频带 数字混频 低频子带 原始高频率子带 X(j2) band1 bandm bandM 2 Subband Segmentation 最后将各个频率子带拼 Analog Down-conversion X(j2) 合恢复原始的波形 band1 X(j2) bandm X(j2) bandM 2 Digital Up-conversion 子带拼合后的波形应是 Subbands Merging X(e) band1 bandm bandM 输入波形的完美重构 2 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 低频子带 原始高频率子带 数字混频 数字端将低频带信号恢复至原始频带 ... ... X( j ) Subband Segmentation & Analog Down-conversion ... ... 0 0 0 0 Digital Up-conversion & Subbands Merging X( j ) X( j ) X( j ) ... ... ( ) j X e 0 band1 bandm bandM band1 bandm bandM band1 bandm bandM 最后将各个频率子带拼 合恢复原始的波形 子带拼合后的波形应是 输入波形的完美重构
频率交替采样原理 ●完美重构难点 多个子带间滤波器频响的不一致性，包括幅频 和相频响应，导致拼合后系统幅频响应不为一 常数以及相频响应的非线性，进而导致输入波 形的失真。 理想拼合后全频带幅频响应 理想拼合后全频带群延时响应 实际拼合后全频带幅频响应 实际拼合后全频带群延时响应 2010gH(j) 重点关注的频带 不关心 重点关注的频带 不关心 0dB 的频带 Td 的频带 -3dB 0 BW BW (a)实际与理想情况下的频率 (b)实际与理想情况下的频率 子带拼合后全频带幅频响应 子带拼合后全频带群延时响应 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 多个子带间滤波器频响的不一致性，包括幅频 和相频响应，导致拼合后系统幅频响应不为一 常数以及相频响应的非线性，进而导致输入波 形的失真。 完美重构难点 重点关注的频带 -3dB 0dB 0 BW 20 log H j 理想拼合后全频带幅频响应 实际拼合后全频带幅频响应 0 BW d 理想拼合后全频带群延时响应 实际拼合后全频带群延时响应 不关心 的频带 重点关注的频带 不关心 的频带 (a) 实际与理想情况下的频率 子带拼合后全频带幅频响应 (b) 实际与理想情况下的频率 子带拼合后全频带群延时响应
频率交替采样原理 956 ●拼合后需要对系统整体频响校正 ●幅频响应校正 2 (a) (b) (c) 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 拼合后需要对系统整体频响校正 幅频响应校正
频率交替采样原理 。相频响应校正 利用R全通滤波器的幅频响应恒为1的特性，全通滤波器不改变系统 的幅频特性 全通滤波器幅频/dB 全通滤波器群延时 0.8 0 0.6 0.4 0.2 -2 0 -3 0.2 -4 -0.4 -5 0.1 0.2 0.3 0.4 050.60 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 相频响应校正 利用IIR全通滤波器的幅频响应恒为1的特性，全通滤波器不改变系统 的幅频特性
频率交替采样原理 ·频域交替采样数字后端处理实现 子带校正信号处理过程 最终输出 全频带相频 全频带幅频 响应校正 响应校正 ADC数据 LF输入 数据存 数字上 数字抗混叠 多个频率子 接收 储FIFO 采样 滤波器 带拼合 ADC数据 数据存 数字上 数字抗混叠 数字抗镜像 :HF输入 接收 储FIFO 采样 滤波器 滤波器 ADC据接收与 子带恢复信号 数字本振合 存储过程 处理过程 成器 高速数据采集及处理技术
高速数据采集及处理技术 频率交替采样原理 HF输入 数字上 采样 数字抗混叠 滤波器 数字抗镜像 滤波器 LF输入 数字上 采样 数字抗混叠 滤波器 ADC数据 接收 ADC数据 接收 数据存 储FIFO 数据存 储FIFO 数字本振合 成器 多个频率子 带拼合 全频带幅频 响应校正 全频带相频 响应校正 最终输出 ADC据接收与 存储过程 子带恢复信号 处理过程 子带校正信号处理过程 频域交替采样数字后端处理实现