CN103197108A - 数据采集卡的等效采样方法 - Google Patents

数据采集卡的等效采样方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数据采集卡的等效采样方法，首先将数据采集卡的采样率设置为最高实时采样率，其中，是实时采样的最短时间间隔，当第1个触发信号到来时，采集两个数据和
Figure 934611DEST_PATH_IMAGE004
，而该两个数据点间的时间间隔为
Figure 7610DEST_PATH_IMAGE002
；然后降低采样率为
Figure 975566DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 884747DEST_PATH_IMAGE006
，当第2个触发信号到来时，采集两个数据和，而该两个数据点间的时间间隔为；继续降低采样率为
Figure 557725DEST_PATH_IMAGE010
，当第3个触发信号到来时，采集两个数据
Figure 869758DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 855032DEST_PATH_IMAGE012
，而该两个数据点间的时间间隔为
Figure 164790DEST_PATH_IMAGE013
；如此不断降低采样率，当第
Figure 48564DEST_PATH_IMAGE014
个触发信号到来时，用采样率
Figure 101970DEST_PATH_IMAGE015
采集两个数据
Figure 4067DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 484727DEST_PATH_IMAGE017
，直到完成全部采集，
Figure 777168DEST_PATH_IMAGE018
为正整数。本发明降低了采样成本和功耗，易于实现，便于推广使用等优点。

Description

数据采集卡的等效采样方法
技术领域
本发明涉及一种数据采集卡的等效采样方法，属于测试技术领域。
背景技术
数据采集卡广泛用于信号测量和监控。而一般的数据采集卡具有16位测量精度，远高于数字示波器的8位测量精度。但另一方面，与数字示波器相比，数据采集卡的最高采样率要低得多，这使得数据采集卡的测量时间分辨率要远低于数字示波器。目前数据采集卡的最高采样率一般只有1MHz左右，对应的测量时间分辨率只有约1微秒，这在很多情况下并不能满足高频信号或波形细节测量的需要。
针对这个问题，人们提出对于周期信号采用等效采样的办法加以解决。所述的等效采样方法是针对周期信号的时域重复特点，在不同的时间段进行多次较低采样率的采样，然后将这些低采样率的样本按照跟触发信号的时间关系进行重组，从而真实重构出原始信号波形的数据采集方法。现有的等效采样方法主要有随机等效采样和顺序等效采样两种。所述的随机等效采样方法的采样信号时钟和被采集信号时钟不相关,每次采集时记录下采样信号和采样触发信号之间的时间差, 待数据全部采集完之后, 再根据记录下的时间差来进行信号的重建。顺序等效采样方法是在周期信号的基础上，每次采样都是由某一触发信号来启动, 每次采样时刻相对于触发信号都有一个时间步进, 而步进量又按照顺序依次有规律递增, 这样, 每次采样点相对于触发信号的位置都在按顺序改变。将所有采样值全部取得后, 将样本按顺序进行组合, 即得到采样结果。
为了实现上述等效采样原理，人们研究出了各种技术手段。但现有的技术都要通过复杂的电路和精密的器件来实现，致使大幅增加成本和功耗，不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用数据采集卡获得高时间分辨率的数据采集卡等效采样方法，以解决现有技术中电路复杂、器件要求高、成本高、功耗大、不易实现、不利于推广使用的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种数据采集卡的等效采样方法，其创新点在于：所述等效采样的具体步骤是：
     步骤a、当外部的第1个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率                                                
Figure 644804DEST_PATH_IMAGE001
采集两个数据
Figure 783662DEST_PATH_IMAGE002
和，其中，
Figure 429855DEST_PATH_IMAGE004
是实时采样的最短时间间隔；
     步骤b、当外部的第2个触发信号到来时，用数据采集卡的第二实时采样率
Figure 415128DEST_PATH_IMAGE005
采集两个数据
Figure 787204DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 592349DEST_PATH_IMAGE007
，其中， 
Figure 948551DEST_PATH_IMAGE008
是设定的等效采样的时间分辨率，且
Figure 788331DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤c、当外部的第3个触发信号到来时，用数据采集卡的第三实时采样率
Figure 268991DEST_PATH_IMAGE010
采集两个数据
Figure 889328DEST_PATH_IMAGE011
和；
步骤d、所述第一实时采样率
Figure 253761DEST_PATH_IMAGE001
是数据采集卡的最高实时采样率，而第二实时采样率和第三实时采样率依次递减，并且不断降低数据采集卡的实时采样率，当外部的第
Figure 142586DEST_PATH_IMAGE013
个触发信号到来时，由数据采集卡用采样率
Figure 956958DEST_PATH_IMAGE014
采集两个数据
Figure 91005DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 358038DEST_PATH_IMAGE016
，直到完成全部采集，
Figure 556939DEST_PATH_IMAGE017
为正整数；
步骤e、将数据采集卡每次采样的第二个数据
Figure 288134DEST_PATH_IMAGE003
、、
Figure 848877DEST_PATH_IMAGE012
、…
Figure 851468DEST_PATH_IMAGE016
取出来，并按采样的顺序进行组合，就获得了测量时间分辨率为
Figure 437170DEST_PATH_IMAGE008
的等效采样结果。
在上述技术方案中，所述数据采集卡每次采样的第一个数据、
Figure 157575DEST_PATH_IMAGE006
、、…
Figure 76169DEST_PATH_IMAGE015
的采集时刻与触发时刻相同。
在上述技术方案中，外部的触发信号的位相与数据采集卡实施等效采样的被测信号的位相是相同的。
在上述技术方案中，所述等效采样的时间分辨率
Figure 739232DEST_PATH_IMAGE008
的最小值为数据采集卡的1个时钟周期。
本发明所具有的积极效果是：由于采用上述的等效采样方法后，只是通过设置数据采集卡每次采样的采样率，并将每次采样的第二个数据取出来并按采样顺序进行组合，以获得数据采集卡的测量时间分辨率，不需要任何附加电路即可实现数据采集卡的等效采样，降低了采样成本和功耗，易于实现，也便于推广使用。
附图说明
图1是本发明等效采样方法的原理图；
图2是利用本发明的等效采样方法对100kHz正弦波信号进行等效采样的测量结果；
图3是利用本发明的等效采样方法对100kHz方波信号上升沿细节进行等效采样的测量结果。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
如图1所示，一种数据采集卡的等效采样方法，所述等效采样的具体步骤是：
     步骤a、当外部的第1个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率
Figure 202574DEST_PATH_IMAGE001
采集两个数据
Figure 360017DEST_PATH_IMAGE002
和，其中，
Figure 426379DEST_PATH_IMAGE004
是实时采样的最短时间间隔；
     步骤b、当外部的第2个触发信号到来时，用数据采集卡的第二实时采样率
Figure 377018DEST_PATH_IMAGE005
采集两个数据和
Figure 923591DEST_PATH_IMAGE007
，其中， 是设定的等效采样的时间分辨率，且
Figure 366391DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤c、当外部的第3个触发信号到来时，用数据采集卡的第三实时采样率
Figure 52587DEST_PATH_IMAGE010
采集两个数据
Figure 72627DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 186077DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤d、所述第一实时采样率
Figure 173624DEST_PATH_IMAGE001
是数据采集卡的最高实时采样率，而第二实时采样率
Figure 397932DEST_PATH_IMAGE005
和第三实时采样率
Figure 725008DEST_PATH_IMAGE010
依次递减，并且不断降低数据采集卡的实时采样率，当外部的第个触发信号到来时，由数据采集卡用采样率
Figure 470821DEST_PATH_IMAGE014
采集两个数据
Figure 561136DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 742719DEST_PATH_IMAGE016
，直到完成全部采集，为正整数；
步骤e、将数据采集卡每次采样的第二个数据
Figure 645264DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 273692DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 575360DEST_PATH_IMAGE012
、…
Figure 201513DEST_PATH_IMAGE016
取出来，并按采样的顺序进行组合，就获得了测量时间分辨率也即测量时间间隔为
Figure 634638DEST_PATH_IMAGE008
的等效采样结果。
本发明所述数据采集卡每次采样的第一个数据
Figure 4439DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 222931DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 19986DEST_PATH_IMAGE011
、…
Figure 628821DEST_PATH_IMAGE015
的采集时刻与触发时刻相同。而数据采集卡每次采样的第一个数据
Figure 412101DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 422782DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 705252DEST_PATH_IMAGE011
、…
Figure 801384DEST_PATH_IMAGE015
也是一个基准数据，对获得数据采集卡的测量时间分辨率并不影响。
本发明外部的触发信号的位相与数据采集卡实施等效采样的被测信号的位相是相同的。
本发明所述等效采样的时间分辨率
Figure 575305DEST_PATH_IMAGE008
的最小值为数据采集卡的1个时钟周期。
如图1所示，触发信号与被测周期信号有固定的相位关系。首先将数据采集卡的采样率设置为最高实时采样率
Figure 440493DEST_PATH_IMAGE018
，其中，是实时采样的最短时间间隔，当第1个触发信号到来时，采集两个数据
Figure 975828DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 491123DEST_PATH_IMAGE003
，而该两个数据点间的时间间隔为；然后降低采样率为
Figure 582893DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 965201DEST_PATH_IMAGE020
，当第2个触发信号到来时，采集两个数据
Figure 80925DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 920705DEST_PATH_IMAGE007
，而该两个数据点间的时间间隔为
Figure 214414DEST_PATH_IMAGE021
；继续降低采样率为
Figure 772434DEST_PATH_IMAGE022
，当第3个触发信号到来时，采集两个数据
Figure 752502DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 509106DEST_PATH_IMAGE012
，而该两个数据点间的时间间隔为
Figure 426246DEST_PATH_IMAGE023
；如此不断降低采样率，当第
Figure 205983DEST_PATH_IMAGE024
个触发信号到来时，用采样率
Figure 476559DEST_PATH_IMAGE025
采集两个数据
Figure 602516DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 424978DEST_PATH_IMAGE016
，直到完成全部采集，
Figure 754328DEST_PATH_IMAGE017
为正整数。图1中示意性地画到了
Figure 953228DEST_PATH_IMAGE026
，将每次采样的第二个数据取出来按顺序组合，就获得了如图1中最上层所示的等效采样结果，其中可见测量时间分辨率为
Figure 435157DEST_PATH_IMAGE008
，可以远高于实时采样的时间分辨率
Figure 428520DEST_PATH_IMAGE004
。
如图2、3所示，利用本发明的方法对EE1642B型函数信号发生器输出的100kHz正弦波和方波信号分别进行等效采样。数据采集卡为National Instruments公司的USB6211型，其最高实时采样率只有
Figure 182850DEST_PATH_IMAGE027
，对应的实时采样的时间分辨率只有
Figure 982178DEST_PATH_IMAGE028
。取，经过800次触发采样，获得了高达
Figure 249922DEST_PATH_IMAGE030
时间分辨率的波形数据。
图2中的正弦波信号没有失真，测量准确，证明了本发明方法的正确性和有效性。图3中对方波信号的测量非常清楚地显示了方波信号的波形，特别是上升沿和下降沿的细节。
本发明通过设置数据采集卡的采样率实现等效采集，不需要任何附加电路即可实现数据采集卡的等效采样，也降低了采样成本和功耗，易于实现，也便于推广使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种数据采集卡的等效采样方法，其特征在于：所述等效采样的具体步骤是：
     步骤a、当外部的第1个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率                                                
Figure 146394DEST_PATH_IMAGE001
采集两个数据
Figure 421517DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 878038DEST_PATH_IMAGE003
，其中，
Figure 213204DEST_PATH_IMAGE004
是实时采样的最短时间间隔；
     步骤b、当外部的第2个触发信号到来时，用数据采集卡的第二实时采样率采集两个数据
Figure 83257DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 581234DEST_PATH_IMAGE007
，其中， 
Figure 542762DEST_PATH_IMAGE008
是设定的等效采样的时间分辨率，且；
步骤c、当外部的第3个触发信号到来时，用数据采集卡的第三实时采样率
Figure 438222DEST_PATH_IMAGE010
采集两个数据
Figure 790706DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 733255DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤d、所述第一实时采样率
Figure 482774DEST_PATH_IMAGE001
是数据采集卡的最高实时采样率，而第二实时采样率和第三实时采样率
Figure 438277DEST_PATH_IMAGE010
依次递减，并且不断降低数据采集卡的实时采样率，当外部的第
Figure 551727DEST_PATH_IMAGE013
个触发信号到来时，由数据采集卡用采样率
Figure 290007DEST_PATH_IMAGE014
采集两个数据和
Figure 638128DEST_PATH_IMAGE016
，直到完成全部采集，
Figure 922479DEST_PATH_IMAGE017
为正整数；
步骤e、将数据采集卡每次采样的第二个数据
Figure 661239DEST_PATH_IMAGE003
、、
Figure 870820DEST_PATH_IMAGE012
、…
Figure 935860DEST_PATH_IMAGE016
取出来，并按采样的顺序进行组合，就获得了测量时间分辨率为
Figure 835682DEST_PATH_IMAGE008
的等效采样结果。
2.根据权利要求1所述的数据采集卡的等效采样方法，其特征在于：所述数据采集卡每次采样的第一个数据
Figure 464110DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 765778DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 437937DEST_PATH_IMAGE011
、…
Figure 825056DEST_PATH_IMAGE015
的采集时刻与触发时刻相同。
3.根据权利要求1所述的数据采集卡的等效采样方法，其特征在于：外部的触发信号的位相与数据采集卡实施等效采样的被测信号的位相是相同的。
4.根据权利要求1所述的数据采集卡的等效采样方法，其特征在于：所述等效采样的时间分辨率
Figure 194857DEST_PATH_IMAGE008
的最小值为数据采集卡的1个时钟周期。
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