CN103034470A - 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法 - Google Patents

一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103034470A
CN103034470A CN 201110295229 CN201110295229A CN103034470A CN 103034470 A CN103034470 A CN 103034470A CN 201110295229 CN201110295229 CN 201110295229 CN 201110295229 A CN201110295229 A CN 201110295229A CN 103034470 A CN103034470 A CN 103034470A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fft
data
accumulator
data acquisition
register cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201110295229
Other languages
English (en)
Inventor
黄正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Priority to CN 201110295229 priority Critical patent/CN103034470A/zh
Publication of CN103034470A publication Critical patent/CN103034470A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带FFT滤波功能的数据采集累加器及其实现方法，所述数据采集累加器包括数据输入模块和现场可编程门阵列模块；所述现场可编程门阵列模块由FFT滤波器和累加器组成；所述FFT滤波器由FFT IP核、多路数据交换器、FFT逆变换数据输入选择器以及FFT逆变换IP核组成；所述累加器由寄存器单元、多位累加器单元、双口RAM单元和地址产生器单元组成，所述寄存器单元包括：第一寄存器单元、第二寄存器单元和第三寄存器单元。本发明的优点是：利用了大规模集成电路FPGA内部丰富的资源以及其高速并行处理的能力，全过程采用流水线方式处理，速度非常块，达到处理每个数据有效时间为一个时钟周期；采用先滤波再累加，大大提高了系统信噪比。

Description

一种带FFT滤波功能的数据采集累加器及其实现方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种带FFT滤波功能的数据采集累加技术领域。
背景技术
在光纤传感应用中，尤其在分布式光纤测温系统(DTS系统)中，由于散射信号十分微弱，完全被淹没在噪声中，系统需要采用弱信号检测技术，从噪声中提取待测信号。以光纤测温系统为例，系统中噪声的主要成分是白噪声，其具有零均值的统计特性，可以利用噪声的统计特性来达到降噪的目的。因此，为提高信噪比，后续信号处理采用数字平均的方法，即将一次测量的X(如X＝4000)点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的X点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环Y(如Y＝10000)次，然后对各单元求平均，以获得最接近真实信号的有效数据。然而，一方面白噪声是宽带噪声，也就是其带宽很宽，通过上述累加和平均方法，虽然可以消除一部分，但是白噪声的影响还是很明显，系统信噪比还是不理想；而另一方面，DTS系统中淹没在噪声中的有效信号其带宽也比较宽，从低频到高频部分一直都有信号分布，实验表明，温度信号的频谱主要集中在几十Hz到几十MHz范围内。因此，采用传统的累加和平均除噪方法仍不能完全消除白噪声，不能获得比较干净的有效信号，从而不能达到提高信噪比的要求。
发明内容
为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，首先完成数据采集，然后对采集到的数据做FFT，再对数据频谱做滤波，然后做FFT逆变换得到滤波后的数据，最后做数据累加，由此可以得到比较干净的信号，从而提高系统信噪比。
为了达到上述目的，本发明采用一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，包括数据输入模块和现场可编程门阵列模块，其特征在于：所述现场可编程门阵列模块由FFT滤波器和累加器组成。
所述数据输入模块包括模数转换模块。
所述FFT滤波器由FFT IP核、多路数据交换器、FFT逆变换数据输入选择器以及FFT逆变换IP核组成。
所述累加器由寄存器单元、多位累加器单元、双口RAM单元和地址产生器单元组成。
所述寄存器单元包括：第一寄存器单元、第二寄存器单元和第三寄存器单元。
系统各部分功能如下：
所述模数转换模块用来把需要处理的模拟信号转化为数字信号。
所述FFT IP核，用于对数据输入模块输出的数据(序列)做FFT，获得信号的频谱数据。
所述多路数据交换器，其功能是根据FFT逆变换输入数据选择器的选择，输出所述FFT IP核的输出结果或者输出0，即对于有用信号频带外的频谱值置0，把带外的噪声滤除掉。
所述FFT逆变换输入数据选择器，其功能是用来选择FFT逆变换IP核的输入数据。例如所述FFT IP核的输出数据流属于信号频带内时，直接输出到FFT逆变换IP核；而如果所述FFT IP核的输出数据流属于信号频带外时，输入到FFT逆变换IP核的数据选择为0。
所述FFT逆变换IP核，其功能是用来把频域信号还原成时域信号。信号频谱经过多路数据交换器后得到了滤波，经FFT逆变换IP核后得到了滤波后的时域信号，此时信噪比已得到较大提高。
所述寄存器单元用以缓存数据；
所述第一寄存器单元把来自所述FFT逆变换IP核的数据传给多位累加器单元，所述多位累加器单元通过第二寄存器单元和第三寄存器单元与所述双口RAM单元相连，所述双口RAM单元与所述地址产生器单元相连。
所述多位累加器单元用以对数据进行相加求和；
所述双口RAM单元可以实现数据同时读写功能；
所述地址产生器单元用以向所述双口RAM单元提供地址；
FFT变换(快速傅里叶变换)是数字信号处理领域一种重要算法，一般用来分析信号的频谱，在实际应用中，可以用来对信号进行滤波，例如，用来滤除某一个频段的信号。
在本发明中，对采集到的信号通过FFT进行滤波，即先进行FFT变换，然后把系统频带外的信号滤除(例如，频谱值置0)，再进行FFT反变换，就可以获得滤波后比较干净的信号，提高系统信噪比。
一种带FFT滤波功能的数据采集累加器的实现方法，包括以下步骤：
第一步，所述数据输入模块的数据经过FFT IP核后获得信号的频谱值；
第二步，信号的频谱值经过多路数据交换器进行滤波，获得滤波后的频谱值。
第三步，滤波后的频谱值经过FFT逆变换IP核，得到滤波后的时域信号(数据)；
第四步，滤波后的时域信号(数据)经过第一寄存器单元(包含m个寄存器)，历时m个时钟周期后到达多位累加器单元；
第五步，与第一步同时进行，双口RAM单元的数据经过第二寄存器单元(包含n个寄存器)，历时n个时钟周期后到达多位累加器单元；
第六步，调节m和n，使得FFT逆变换IP核输出的数据与双口RAM单元的数据根据数据对准原则在多位累加器单元实现相加，其结果经过第三寄存器单元(包含k个寄存器)，历时k个时钟周期后到达双口RAM单元；
第七步，所述第三寄存器单元的数据写入所述双口RAM单元中。
经过所述步骤一至七完成数据的采集、滤波、累加及累加结果的存储。
本发明有益效果在于：利用了大规模集成电路FPGA内部丰富的资源以及其高速并行处理的能力，全过程采用流水线方式处理，速度非常块，达到处理每个数据有效时间为一个时钟周期；采用先滤波再累加，大大提高了系统信噪比。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明现场可编程门阵列模块结构示意图；
图3为本发明FFT滤波器结构示意图；
图4为本发明累加器结构示意图。
具体实施式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2、3、4所示：一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，包括数据输入模块1和现场可编程门阵列模块2，其中，所述现场可编程门阵列模块2由FFT滤波器3和累加器4组成。
所述数据输入模块1包括模数转换模块。
所述FFT滤波器3由FFT IP核31、多路数据交换器32、FFT逆变换数据输入选择器33以及FFT逆变换IP核34组成。
所述累加器4由寄存器单元、多位累加器单元44、双口RAM单元45和地址产生器单元46组成。
所述寄存器单元包括：第一寄存器单元41、第二寄存器单元42和第三寄存器单元43。
系统各部分功能如下：
所述模数转换模块用来把需要处理的模拟信号转化为数字信号。
所述FFT IP核31，用于对数据输入模块1输出的数据(序列)做FFT，获得信号的频谱数据。
所述多路数据交换器32，其功能是根据FFT逆变换输入数据选择器33的选择，输出所述FFT IP核31的输出结果或者输出0，即对于有用信号频带外的频谱值置0，就可以把带外的噪声滤除掉。
所述FFT逆变换输入数据选择器33，其功能是用来选择FFT逆变换IP核34的输入数据。例如所述FFT IP核31的输出数据流属于信号频带内时，直接输出到FFT逆变换IP核34；而所述FFT IP核31的输出数据流属于信号频带外时，输入到FFT逆变换IP核34的数据选择为0。
所述FFT逆变换IP核34，其功能是用来把频域信号还原成时域信号。信号频谱经过多路数据交换器32后得到了滤波，经FFT逆变换IP核34后得到了滤波后的时域信号，此时信噪比已得到较大提高。
所述寄存器单元用以缓存数据。
所述第一寄存器单元41把来自所述FFT逆变换I P核34的数据传给多位累加器单元44，所述多位累加器单元44通过第二寄存器单元42和第三寄存器单元43与所述双口RAM单元45相连，所述双口RAM单元45与所述地址产生器单元46相连。
所述多位累加器单元用以对数据进行相加求和。
所述双口RAM单元可以实现数据同时读写功能。
所述地址产生器单元用以向所述双口RAM单元提供地址。
一种带FFT滤波功能的数据采集累加器的实现方法，包括以下步骤：
第一步，所述数据输入模块1的数据经过FFT IP核31后获得信号的频谱值；
第二步，信号的频谱值经过多路数据交换器32，进行滤波，获得滤波后的频谱值；
第三步，滤波后的频谱值经过FFT逆变换IP核34，得到滤波后的时域信号(数据)；
第四步，滤波后的时域信号(数据)经过第一寄存器单元41(包含m个寄存器)，历时m个时钟周期后到达多位累加器单元44；
第五步，与第一步同时进行，双口RAM单元45的数据经过第二寄存器单元42(包含n个寄存器)，历时n个时钟周期后到达多位累加器单元44；
第六步，调节m和n，使得FFT逆变换IP核34输出的数据与双口RAM单元45的数据根据数据对准原则在多位累加器单元44实现相加，其结果经过第三寄存器单元43(包含k个寄存器)，历时k个时钟周期后到达双口RAM单元45；
第七步，所述第三寄存器单元43的数据写入所述双口RAM单元45中。
经过所述步骤一至七完成数据的采集、滤波、累加及累加结果的存储。
作为本发明的一种优选方案，所述全过程实现方法采用流水线方法。
所述现场可编程门阵列模块内部的模块FFT IP核、FFT逆变换IP核及累加器，速度很快，可采用流水线方式处理数据流；双口RAM单元可以实现同时读写功能，也可以采用流水线方式存取数据。因此，数据采集、滤波、累加及存储，全过程采用流水线方式处理，速度非常块，达到处理每个数据有效时间为一个时钟周期。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (7)

1.一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，包括数据输入模块和现场可编程门阵列模块，其特征在于：所述现场可编程门阵列模块由FFT滤波器和累加器组成。
2.根据权利要求1所述的一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，其特征在于：所述数据输入模块包括模数转换模块。
3.根据权利要求1所述的一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，其特征在于：所述FFT滤波器由FFT IP核、多路数据交换器、FFT逆变换数据输入选择器以及FFT逆变换IP核组成。
4.根据权利要求1所述的一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，其特征在于：所述累加器由寄存器单元、多位累加器单元、双口RAM单元和地址产生器单元组成。
5.根据权利要求4所述的一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，其特征在于：所述寄存器单元包括：第一寄存器单元、第二寄存器单元和第三寄存器单元。
6.一种带FFT滤波功能的数据采集累加器的实现方法，包括以下步骤：
第一步，所述数据输入模块的数据经过FFT IP核后获得信号的频谱值；
第二步，信号的频谱值经过多路数据交换器进行滤波，获得滤波后的频谱值。
第三步，滤波后的频谱值经过FFT逆变换I P核，得到滤波后的时域信号(数据)；
第四步，滤波后的时域信号(数据)经过第一寄存器单元(包含m个寄存器)，历时m个时钟周期后到达多位累加器单元；
第五步，与第一步同时进行，双口RAM单元的数据经过第二寄存器单元(包含n个寄存器)，历时n个时钟周期后到达多位累加器单元；
第六步，调节m和n，使得FFT逆变换I P核输出的数据与双口RAM单元的数据根据数据对准原则在多位累加器单元实现相加，其结果经过第三寄存器单元(包含k个寄存器)，历时k个时钟周期后到达双口RAM单元；
第七步，所述第三寄存器单元的数据写入所述双口RAM单元中。
7.根据权利要求6所述的一种带FFT滤波功能的数据采集累加器的实现方法，其特征在于：所述方法的全过程采用流水线方法。
CN 201110295229 2011-09-30 2011-09-30 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法 Pending CN103034470A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110295229 CN103034470A (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110295229 CN103034470A (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103034470A true CN103034470A (zh) 2013-04-10

Family

ID=48021400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110295229 Pending CN103034470A (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103034470A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301286A (zh) * 2015-05-20 2017-01-04 北京理工大学 一种基于累加器的低复杂度数字匹配滤波方法
CN107861709A (zh) * 2017-12-01 2018-03-30 中国兵器装备集团自动化研究所 适应前端高速处理的累加器和功率谱累加器及其累加方法
CN112600561A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 深圳市道通科技股份有限公司 示波器中的信号处理系统、示波器及信号处理方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301286A (zh) * 2015-05-20 2017-01-04 北京理工大学 一种基于累加器的低复杂度数字匹配滤波方法
CN106301286B (zh) * 2015-05-20 2018-10-26 北京理工大学 一种基于累加器的低复杂度数字匹配滤波方法
CN107861709A (zh) * 2017-12-01 2018-03-30 中国兵器装备集团自动化研究所 适应前端高速处理的累加器和功率谱累加器及其累加方法
CN112600561A (zh) * 2020-12-15 2021-04-02 深圳市道通科技股份有限公司 示波器中的信号处理系统、示波器及信号处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101577025B (zh) 一种新型数据采集累加器及其实现方法
WO2007139842A3 (en) Automated meter reading system, communication and control network for automated meter reading, meter data collector, and associated methods
CN103237180B (zh) 一种高动态范围红外焦平面读出电路
CN106501695B (zh) 一种高压电缆局部放电信号采集处理系统及方法
CN103327265A (zh) 一种基于fpga的四路视频合成方法及其装置
CN100510640C (zh) 采样速率可调的高速高精度数据采集卡
CN103033675A (zh) 一种交流同步采集系统及其实现方法
CN103034470A (zh) 一种带fft滤波功能的数据采集累加器及其实现方法
CN104077492A (zh) 一种基于fpga的采样数据内插方法
CN207215744U (zh) 一种具有内建校准功能的湿度传感器芯片
CN104093002A (zh) 一种蒸气热力管线热损失检测系统及方法
CN102968513B (zh) 一种基于fpga的高速数字信号采集与分析方法
CN104991119B (zh) 一种消除伪峰、谱泄漏效应的互素谱分析方法及其装置
CN103135959A (zh) 一种带小波滤波功能的数据采集累加器及其实现方法
CN204143431U (zh) 一种高速低延迟数据采集累加器
CN102868865B (zh) 一种图像像元合并的电路及方法
CN203617974U (zh) 一种基于fpga的可配置系数的滤波器及电子设备
CN202275396U (zh) 一种带fft滤波功能的数据采集累加器
CN105067044A (zh) 一种稻田监测系统
CN102944301A (zh) 基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法及系统
CN202523053U (zh) 一种带小波滤波功能的数据采集累加器
CN107104674A (zh) 电参量计量过程中的噪声功率估计装置
CN104360831A (zh) 一种高速低延迟数据采集累加器及其运行方法
CN102739571B (zh) 接收端iq路数据的校准方法、装置及系统
CN203949979U (zh) 一种模拟量合并单元暂态延时测试的前端采集回路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130410