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專利名稱：數據采集卡的等效采樣方法
技術領域：
本發明涉及一種數據采集卡的等效采樣方法，屬于測試技術領域。
背景技術：
數據采集卡廣泛用于信號測量和監控。而一般的數據采集卡具有16位測量精度，遠高于數字示波器的8位測量精度。但另一方面，與數字示波器相比，數據采集卡的最高采樣率要低得多，這使得數據采集卡的測量時間分辨率要遠低于數字示波器。目前數據采集卡的最高采樣率一般只有IMHz左右，對應的測量時間分辨率只有約I微秒，這在很多情況下并不能滿足高頻信號或波形細節測量的需要。針對這個問題，人們提出對于周期信號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周期信號的時域重復特點，在不同的時間段進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信號的時間關系進行重組，從而真實重構出原始信號波形的數據采集方法。現有的等效采樣方法主要有隨機等效采樣和順序等效采樣兩種。所述的隨機等效采樣方法的采樣信號時鐘和被采集信號時鐘不相關，每次采集時記錄下采樣信號和采樣觸發信號之間的時間差，待數據全部采集完之后，再根據記錄下的時間差來進行信號的重建。順序等效采樣方法是在周期信號的基礎上，每次采樣都是由某一觸發信號來啟動，每次采樣時刻相對于觸發信號都有一個時間步進，而步進量又按照順序依次有規律遞增，這樣，每次采樣點相對于觸發信號的位置都在按順序改變。將所有采樣值全部取得后，將樣本按順序進行組合，即得到采樣結果。為了實現上述等效采樣原理，人們研究出了各種技術手段。但現有的技術都要通過復雜的電路和精密的器件來實現，致使大幅增加成本和功耗，不利于推廣使用。

發明內容

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


圖1是本發明等效采樣方法的原理 圖2是利用本發明的等效采樣方法對IOOkHz正弦波信號進行等效采樣的測量結果； 圖3是利用本發明的等效采樣方法對IOOkHz方波信號上升沿細節進行等效采樣的測 量結果。
具體實施例方式以下結合附圖以及給出的實施例，對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。如圖1所示，一種數據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、當外部的第I個觸發信號到來時，用數據采集卡的第一實時采樣率/Q = I/T0采
集兩個數據為，其中巾是實時采樣的最短時間間隔；
步驟b、當外部的第2個觸發信號到來時，用數據采集卡的第二實時采樣率/i = y(Tn+M)采集兩個數據J11和為2 ,其中 u是設定的等效采樣的時間分辨率，且Ai % ；
步驟C、當外部的第3個觸發信號到來時，用數據采集卡的第三實時采樣率Z2 = I AT。+ 2ΔΙ)采集兩個數據和為2 ；
步驟d、所述第一實時采樣率/Q = i/rQ是數據采集卡的最高實時采樣率，而第二實時采樣率4 = 1/(%+Δ 和第三實時采樣率/2=1/(Γ0+2Δ￡)依次遞減，并且不斷降低數據采集卡的實時采樣率，當外部的第《 + I個觸發信號到來時，由數據采集卡用采樣率/ = +nAi)采集兩個數據4ι和4 ，直到完成全部采集，η為正整數；
步驟e、將數據采集卡每次采樣的第二個數據為2、A2、為2、一A2取出來，并按采樣的順序進行組合，就獲得了測量時間分辨率也即測量時間間隔為ΔΙ的等效采樣結果。本發明所述數據采集卡每次采樣的第一個數據、Al、Al、…的采集時刻與
觸發時刻相同。而數據采集卡每次采樣的第一個數據為1、為1、.4λ也是一個基準數據，對獲得數據采集卡的測量時間分辨率并不影響。本發明外部的觸發信號的位相與數據采集卡實施等效采樣的被測信號的位相是相同的。本發明所述等效采樣的時間分辨車u的最小值為數據采集卡的I個時鐘周期。如圖1所示，觸發信號與被測周期信號有固定的相位關系。首先將數據采集卡的采樣率設置為最高實時采樣率/Q =1/%，其中，％是實時采樣的最短時間間隔，當第I個觸
發信號到來時，采集兩個數據和為2，而該兩個數據點間的時間間隔為A ;然后降低采 樣率為=l/(rQ +ΔΙ) , Li Γ0 ,當第2個觸發信號到來時，采集兩個數據J11和為2，而該
兩個數據點間的時間間隔為A ;繼續降低采樣率為/2 = 1/(Τ0+2Δ )，當第3個觸發信
號到來時，采集兩個數據為JPA2，而該兩個數據點間的時間間隔為A +2Δ ;如此不斷降
低采樣率，當第μ+1個觸發信號到來時，用采樣率Λ = I/(T0 +nAi)采集兩個數據
，直到完成全部采集力正整數。圖1中示意性地畫到了《 =3 ,將每次采樣的第二個數據取出來按順序組合，就獲得了如圖1中最上層所示的等效采樣結果，其中可見測量時間分辨率為Δ ，可以遠高于實時采樣的時間分辨率巧。如圖2、3所示，利用本發明的方法對ΕΕ1642Β型函數信號發生器輸出的IOOkHz正弦波和方波信號分別進行等效采樣。數據采集卡為National Instruments公司的USB6211
型，其最高實時采樣率只有/Q = 250kHz，對應的實時采樣的時間分辨率只有％ =4叫。取ΔΙ =tl02叫，經過800次觸發采樣，獲得了高達0.02叫時間分辨率的波形數據。圖2中的正弦波信號沒有失真，測量準確，證明了本發明方法的正確性和有效性。圖3中對方波信號的測量非常清楚地顯示了方波信號的波形，特別是上升沿和下降沿的細節。 本發明通過設置數據采集卡的采樣率實現等效采集，不需要任何附加電路即可實現數據采集卡的等效采樣，也降低了采樣成本和功耗，易于實現，也便于推廣使用。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種數據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、當外部的第I個觸發信號到來時，用數據采集卡的第一實時采樣率
2.根據權利要求1所述的數據采集卡的等效采樣方法，其特征在于:所述數據采集卡每次米樣的第一個數據為1、4ιι、為1、…4*1的米集時刻與觸發時刻相同。
3.根據權利要求1所述的數據采集卡的等效采樣方法，其特征在于:外部的觸發信號的位相與數據采集卡實施等效采樣的被測信號的位相是相同的。
4.根據權利要求1所述的數據采集卡的等效采樣方法，其特征在于:所述等效采樣的時間分辨車u的最小值為數據采集卡的I個時鐘周期。
全文摘要
本發明涉及一種數據采集卡的等效采樣方法，首先將數據采集卡的采樣率設置為最高實時采樣率，其中，是實時采樣的最短時間間隔，當第1個觸發信號到來時，采集兩個數據和，而該兩個數據點間的時間間隔為；然后降低采樣率為，，當第2個觸發信號到來時，采集兩個數據和，而該兩個數據點間的時間間隔為；繼續降低采樣率為，當第3個觸發信號到來時，采集兩個數據和，而該兩個數據點間的時間間隔為；如此不斷降低采樣率，當第個觸發信號到來時，用采樣率采集兩個數據和，直到完成全部采集，為正整數。本發明降低了采樣成本和功耗，易于實現，便于推廣使用等優點。
文檔編號G01R13/00GK103197108SQ20131009699
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者陸文琪, 張文蘭, 徐軍 申請人:大連理工常州研究院有限公司