CN108616277A - 一种多通道频域补偿的快速校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道频域补偿的快速校正方法，先通过手动频率控制下产生标准正弦信号，再对每一个频率采样点设置一个标志寄存器，通过扫频法对其中一个通道进行扫频采样，再通过手动滤波切换方式，断开滤波器，调用MATLAB工具对采样信号进行FFT测幅，进而生成频响曲线和滤波器系数，最后更新滤波器系数，并通过滤波器对采样信号进行滤波，完成该通道的校正，然后依次类推，完成多通道的快速校正。

Description

一种多通道频域补偿的快速校正方法

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种多通道频域补偿的快速校正方法。

背景技术

随着现代电子技术的高速发展，信号频率范围不断提高，信号复杂程度也在提升。为了能够准确识别和测量这些信号，对采集系统的带宽提出了更高的要求。

Time-interleaved ADC(TIADC)技术是基于时域的时间交替并行采样技术。TIADC技术由于硬件实现方式简单，已成为ADC并行采集技术的主流，是提高采样率的主要手段。图1是常见的TIADC系统架构，系统由模拟信号调理和驱动，ADC采集阵列，FPGA阵列和工控机构成，ADC完成模拟信号采集，FPGA完成对采集数据流的接收存储和处理，工控机主要完成对整体系统的控制。

TIADC系统中采集通道的带宽越宽，意味着可以采集到的模拟信号的带宽越宽，系统对信号的还原能力越强。由于受到器件、工艺的限制，在硬件部分想保持良好的幅频响应和相频响应越来越困难，所以从硬件的角度去提升采集系统带宽的难度越来越大。因此，运用频域补偿技术这样一种数字后处理技术来增强TIADC系统带宽的方法得到了广泛的研究。

2010年发表的《宽带无缝采集技术及其在数字示波器中的应用研究》文章中介绍了原有的频域补偿方法，它的基本原理是采用数字滤波器对衰减的这部分信号采取带限滤波的方式。首先使用外部射频源给数据采集系统输入信号，运用扫频法获取数据采集系统实际的频响，然后手动导入数据到MATLAB中，使用频率抽样法设计FIR滤波器，得到系数后存入文件，之后再将此系数导入数据采集系统应用软件中，然后由软件发送到FPGA的频域补偿模块的系数RAM中存储，最终由频域补偿滤波模块对采集数据流完成校正。

对M个通道的校正即依次对每个通道执行该流程即可。由于原有的校正实现流程需要人为手动输入信号，人为记录扫频数据，离线生成滤波器系数，然后再导入软件中并在采集初始化时发送给FPGA，这样的实现方法大大降低了实现效率，增加了人力和时间成本。因此，设计一种新的多通道频域补偿的快速校正实现方法就成为了宽带采集系统中需要解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多通道频域补偿的快速校正方法，对宽带采集系统的带宽衰减部分进行频域补偿快速校正。

为实现上述发明目的，本发明一种多通道频域补偿的快速校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、通过手动频率控制下产生频率为f₀+F×i的标准正弦信号，其中，f₀表示输入信号的起始频率采样点，F为频率采样点步进，i＝0,1,2,…,N-1，N为频率采样点个数；

(2)、对每一个频率采样点设置一个标志寄存器，初始时刻所有频率采样点的标志寄存器均为0；

(3)、使用扫频法对第k个通道中输入的标准正弦信号进行扫频采样，得到采样信号k＝1,2,…,M，M为通道数；再通过手动滤波切换方式，断开滤波器，并将采样信号直接进行FFT测幅；

(4)、调用MATLAB工具对采样信号进行FFT测幅

先判断采样信号的标志寄存器是否为0，若为1，则不处理；若为0，先将该正弦信号的标志寄存器置1，再将对应的正弦信号进行FFT测幅，并将测得的幅值及对应的频率存储在数据库中，然后继续下一个频率点的正弦信号扫频；

(5)、当所有标志寄存器均为1时，则扫频结束，根据数据库中幅值与频率生成频响曲线；

(6)、根据频响曲线，利用MATLAB工具在线生成滤波器系数；

(7)、将生成的滤波器系数输入至FPGA的滤波器中，更新滤波器系数，再通过手动滤波切换方式打开滤波器，通过滤波器对采样信号进行滤波，再将滤波后的采样信号进行实时显示，从而完成第k个通道的校正；

(8)、重复步骤(3)——(7)，对其余通道进行校正，从而完成多通道频域补偿的快速校正。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种多通道频域补偿的快速校正方法，先通过手动频率控制下产生标准正弦信号，再对每一个频率采样点设置一个标志寄存器，通过扫频法对其中一个通道进行扫频采样，再通过手动滤波切换方式，断开滤波器，调用MATLAB工具对采样信号进行FFT测幅，进而生成频响曲线和滤波器系数，最后更新滤波器系数，并通过滤波器对采样信号进行滤波，完成该通道的校正，然后依次类推，完成多通道的快速校正。

同时，本发明一种多通道频域补偿的快速校正方法还具有以下有益效果：

(1)、通过使用半自动获取频响及在线生成滤波器系数的方式，提高了校正的效率，并且能够降低人力和时间成本；

(2)、在测量幅值时使用FFT算法，与应用软件波形参数测量的方法相比提高了测量频响的精度；

附图说明

图1是TIADC系统架构；

图2是本发明一种多通道频域补偿的快速校正原理框图；

图3是本发明一种多通道频域补偿的快速校正流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图2是本发明一种多通道频域补偿的快速校正原理框图；

在本实施例中，使用外部信号源产生标准正弦信号输入至示波器系统中进行校正并由手动频率控制来调节输入频率。正弦信号进入示波器系统由采集系统完成采样，之后由手动滤波切换来控制采样信号在FPGA中是否进行滤波，在选择不滤波时则可进行频域补偿快速校正。新方案将现有技术中由手动控制生成频响曲线及滤波器系数的部分整合进系统控制中心中，由软件自动来完成FFT测幅以及频响曲线和滤波器系数的在线生成，并将新生成的滤波器系数送入FPGA中更新系数。

在本实施例中，如图3所示，本发明一种多通道频域补偿的快速校正方法，包括以下步骤：

S1、对第k通道(k＝1,2,…,M，M为通道数)不选择校正时，则直接从文件中读取上一次生成存储的的滤波系数发送给FPGA。开始校正后，将示波器时基档位调节至最快实时档，使用射频信号源作为外部信号输入，通过手动频率控制下产生频率为f₀+F×i的标准正弦信号，其中，f₀表示输入信号的起始频率采样点，F为频率采样点步进，i＝0,1,2,…,N-1，N为频率采样点个数；在本实施例中，标准正弦信号为f₀+Fi(i＝0,1,2...40)MHz，f₀一般为100MHz，F也取100。

S2、对每一个频率采样点设置一个标志寄存器，初始时刻所有频率采样点的标志寄存器均为0，通过标志寄存器来确保不出现某些频率的正弦信号幅度漏测的情况；

S3、使用扫频法对第k个通道中输入的标准正弦信号进行扫频采样，得到采样信号k＝1,2,…,M，M为通道数；再通过手动滤波切换方式，断开滤波器，并将采样信号直接进行FFT测幅。在校正时需测量的是系统实际频响，所以必须关闭频域补偿滤波器；

S4、调用MATLAB工具对采样信号进行FFT测幅

依照f₀+Fi(i＝0,1,2...40)MHz，按从小到大的顺序判断采样信号对应的标志寄存器是否为0，若为1，则不处理；若为0，则手动频率控制产生相应频率的正弦信号来使得该采样信号的标志寄存器置1，再将对应的采样信号进行FFT测幅，并将测得的幅值及对应的频率存储在数据库中，然后继续下一个频率点的正弦信号扫频；

S5、当所有标志寄存器均为1时，则扫频结束，根据数据库中幅值与频率生成频响曲线；

S6、根据频响曲线，利用MATLAB工具采用频率抽样法设计线性相位的FIR滤波器，并将生成的滤波器系数存储于文件中；

S7、从文件中读取生成的滤波器系数输入至FPGA的频域补偿模块中的系数RAM并存储，从而更新滤波器系数，再通过手动滤波切换方式打开滤波器，通过滤波器在下一次采集开始后对采样信号进行滤波，再将滤波后的采样信号进行实时显示，从而完成第k个通道的校正；

S8、重复步骤S3——S7，对其余通道进行校正，从而完成多通道频域补偿的快速校正。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种多通道频域补偿的快速校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、通过手动频率控制下产生频率为f₀+F×i的标准正弦信号，其中，f₀表示输入信号的起始频率采样点，F为频率采样点步进，i＝0,1,2,…,N-1，N为频率采样点个数；

(2)、对每一个频率采样点设置一个标志寄存器，初始时刻所有频率采样点的标志寄存器均为0；

(3)、使用扫频法对第k个通道中输入的标准正弦信号进行扫频采样，得到采样信号k＝1,2,…,M，M为通道数；再通过手动滤波切换换方式，断开滤波器，并将采样信号直接进行FFT测幅；

(4)、调用MATLAB工具对采样信号进行FFT测幅

先判断采样信号的标志寄存器是否为0，若为1，则不处理；若为0，先将该正弦信号的标志寄存器置1，再将对应的正弦信号进行FFT测幅，并将测得的幅值及对应的频率存储在数据库中，然后继续下一个频率点的正弦信号扫频；

(5)、当所有标志寄存器均为1时，则扫频结束，根据数据库中幅值与频率生成频响曲线；

(6)、根据频响曲线，利用MATLAB工具在线生成滤波器系数；

(7)、将生成的滤波器系数输入至FPGA的滤波器中，更新滤波器系数，再通过手动滤波切换方式打开滤波器，通过滤波器对采样信号进行滤波，再将滤波后的采样信号进行实时显示，从而完成第k个通道的校正；

(8)、重复步骤(3)——(7)，对其余通道进行校正，从而完成多通道频域补偿的快速校正。

2.根据权利要求1所述的一种多通道频域补偿的快速校正方法，其特征在于，所述的第k通道，如果不选择校正，则可以直接从文件中读取上一次生成存储的滤波系数发送给FPGA。