CN102946251A - 一种多通道异步采样adc实现多通道同步采样的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，在一个采样周期内，对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据，其中，N≥2、M≥2。本发明成本低，运算量低，可在实时性与系统运算资源开销之间得到有效平衡。

Description

一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是涉及一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法。
背景技术
智能电网监测、多天线技术、阵列信号处理等领域，需要多通道模拟信号的同步数据采集。目前实现多通道同步数据采集的方法包括：1、多路ADC芯片同步采集，采用同步时序逻辑保证多路ADC采样与转换时序完全同步；2、单路ADC芯片配合多路采样保持器芯片，在采样保持器完成多路信号同步采样之后，单路ADC顺序转换采样保持器中多通道信号；3、专用多通道同步采样芯片（如ADI公司生产的AD7606），单芯片完成多通道模拟信号的同步数据采集；4、复采样结合数字插值算法实现多通道模拟信号的同步数据采集。其中方法1和方法2两种实现多通道同步采样的方法电路复杂，功耗与系统实现成本较高；方法3以单芯片方式实现多通道同步采样，只是方法2的单芯片集成化，功耗和成本仍较高；方法4采用数字插值的方法单ADC实现多通道模拟信号的同步采样，插值运算需进行实型变量的乘除运算，运算量较高，占用系统存储空间，在实时性与系统运算资源开销之间难以有效平衡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，可在实时性与系统运算资源开销之间得到有效平衡。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，在一个采样周期内，对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据，其中，N≥2、M≥2。
所述单个ADC转换器对N通道模拟输入信号执行的M次复采样时按照对称通道序列方式进行，所述对称通道序列方式为中心对称的通道序列方式。
所述中心对称的通道序列方式的对称中心为系统采样周期中N通道等效同步采样时刻。
在采样周期满足奈奎斯特采样定律前提下，M数值越大，系统对N通道模拟信号采样到的同步数据精度越高，采样噪声越小。
所述多个通道的通道序列的排序将决定N通道同步采样的通道间同步误差大小，在序列中间隔越远，同步误差将相应增加。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据。如果需要绝对精度采样数据，可将同步采样数据除以复采样次数即可。本方法成本低，运算量低，可在实时性与系统运算资源开销之间得到有效平衡。
附图说明
图1是本发明中N个模拟输入通道对称通道序列示意图；
图2是本发明中MSP430F5438内部ADC逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，在一个采样周期内，对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据，其中，N≥2、M≥2。其中，N个模拟输入通道对称通道序列如图1所示。
如果需要绝对精度采样数据，可通过将单采样点同步采样数据除以复采样次数获得。假设：系统采样周期：TS；单通道单次采样时间：ts；通道数：N（其中N为整数，并且N≥2）；复采样次数：M（其中M为整数，并且M≥2）；通道序列采样执行周期：Tsee=ts×M×N；在某系统采样周期Tx周期内，N通道等效同步采样时刻tsample；通道N在Tx周期内第M次复采样数据：YNtM；通道N在Tx周期tsample时刻同步采样数据：YNt；通道N在Tx周期tsample时刻绝对精度同步采样数据YNtA；在TS>Tse条件满足情况下，YNt=∑MYNtM，YNtA=YNt/M。
其中单个ADC转换器对N通道模拟输入信号对称通道序列执行M次对称复采样，要求在单个系统采样周期TS以内完成。在ADC性能不损失前提条件下，通道序列采样执行周期Tse越小，N通道同步性能越好。单个系统采样周期TS内，单个ADC转换器对N通道模拟输入信号执行的M次复采样，要求按照对称通道序列方式进行，对称方式为中心对称，其中对称中心即为某系统采样周期Tx周期内，N通道等效同步采样时刻tsample。
其中单个ADC转换器对N通道模拟输入信号对称通道序列执行M次对称复采样，要求M为整数，并且M≥2，即每个系统采样周期内，要求对N个通道进行不小于2次对称通道序列方式ADC转换。在系统采样周期满足奈奎斯特采样定律前提下，M数值越大，系统对N通道模拟信号采样到的同步数据精度越高，采样噪声越小。
其中单个ADC转换器对N通道模拟输入信号对称通道序列执行M次对称复采样，在N确定的前提条件下，模拟输入信号对称通道序列的排序将决定N通道同步采样的通道间同步误差大小，在序列中间隔越远，同步误差将相应增加。
单个ADC转换器对N通道模拟输入信号对称通道序列执行M次对称复采样，要求在单个系统采样周期TS以内完成，但是并不要求通道序列单次采样时刻间隔均匀（均匀采样），在满足TS>Tse，并保证N通道M次单次采样时刻以等效同步采样时刻tsample为对称中心成中心对称分布前提条件下，允许通道序列单次采样时刻间隔任意。
下面结合附图对一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法实施例作一详细说明，以便对本发明有更进一步的了解和认同。
选用MSP430F5438内置16通道12位SAR型ADC，通过内部ADC控制寄存器的配置实现4路外部ADC通道同步数据采集。通道数N=4，系统采样周期设定TS=1ms。
设置MSP430F5438内置ADC时钟为系统时钟8MHz，采样保持ADC时钟周期数设置为128，单通道单次采样时间ts=0.017625ms。
设置复采样次数M=2。Tse=ts×M×N=0.141ms。
系统设定满足TS>Tse的同步采样方法实现要求。
对称通道序列定义为：
序列 通道1 通道2 通道3 通道4 通道4 通道3 通道2 通道1
采样值 Y1t1 Y2t1 Y3t1 Y4t1 Y4t2 Y3t2 Y2t2 Y1t2
四个通道等效同步采样时刻tsample位于Y4t1与Y4t2采样时刻正中间。
对称通道序列定义也可以是以下序列定义中的一种，并不限于以下定义：
Figure BDA00002364132700041
四个通道在tsample时刻同步采样数据分别为：
Y1t=Y1t1+Y1t2    Y2t=Y2t1+Y2t2
Y3t=Y3t1+Y3t2    Y4t=Y4t1+Y4t2
四个通道在tsample时刻绝对精度同步采样数据分别为：
Y1tA=Y1t/2  Y2tA=Y2t/2  Y3tA=Y3t/2  Y4tA=Y4t/2
不难发现，本发明对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据。如果需要绝对精度采样数据，可将同步采样数据除以复采样次数即可。本方法成本低，运算量低，可在实时性与系统运算资源开销之间得到有效平衡。

Claims (5)

1.一种多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，其特征在于，在一个采样周期内，对N个模拟输入通道对称通道序列执行M次对称复采样，然后将单个模拟输入通道的多次采样值累加，得到多个通道的通道序列对称点处单采样点同步采样数据，其中，N≥2、M≥2。
2.根据权利要求1所述的多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，其特征在于，所述单个ADC转换器对N通道模拟输入信号执行的M次复采样时按照对称通道序列方式进行，所述对称通道序列方式为中心对称的通道序列方式。
3.根据权利要求2所述的多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，其特征在于，所述中心对称的通道序列方式的对称中心为系统采样周期中N通道等效同步采样时刻。
4.根据权利要求1所述的多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，其特征在于，在采样周期满足奈奎斯特采样定律前提下，M数值越大，系统对N通道模拟信号采样到的同步数据精度越高，采样噪声越小。
5.根据权利要求1所述的多通道异步采样ADC实现多通道同步采样的方法，其特征在于，所述多个通道的通道序列的排序将决定N通道同步采样的通道间同步误差大小，在序列中间隔越远，同步误差将相应增加。
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