摘  要： 為了在多通道數(shù)據(jù)采集中有更好的同步性，將頻分復(fù)用技術(shù)引入到采集卡設(shè)計中，設(shè)計了一種新型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案。可以很好地解決傳統(tǒng)方法在數(shù)據(jù)采集上存在同步性不足和軟硬件資源的浪費問題，驗證了頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于采集系統(tǒng)的可行性。
關(guān)鍵詞： 頻分復(fù)用；數(shù)據(jù)采集；濾波；調(diào)幅；解調(diào)

    多通道數(shù)據(jù)采集方法可分為異步和同步兩種。使用模擬多路選擇器可以實現(xiàn)異步采集，由多個ADC組成的采集器則可以實現(xiàn)同步采集。通過模擬多路選擇器切換不同的通道對多通道信號輪流切換進行采集時，以AD7501模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)為例，它的轉(zhuǎn)換速率為0.8 μs。若為8路數(shù)據(jù)則每路數(shù)據(jù)輪流切換至少需要6.4 μs，在數(shù)據(jù)采樣時總會引入誤差和延時。使用多個ADC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)多通道并行采集可提高信號同步性。但若過多使用ADC芯片則會導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，而且價格昂貴[1-4]。許多信號傳輸系統(tǒng)都可以提供一個比信號本身所要求的頻帶寬得多的帶寬。對于頻譜互相重疊的單個信號，利用正弦幅度調(diào)制將信號的頻譜在頻率上進行搬移，使這些已調(diào)信號的頻譜不再重疊，使得在同一寬帶信道上同時傳輸這些信號成為可能。以采樣電路作為理想信道，將頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用在多路數(shù)據(jù)采集中，就可以在不使用模擬多路選擇器和多個ADC芯片的情況下提高信號采集的同步性。本文以二通道信號為例，實現(xiàn)頻分復(fù)用技術(shù)在多路信號采集上的應(yīng)用。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    本文通過頻分復(fù)用技術(shù)，使二路信號合成為一個調(diào)幅信號，再對調(diào)制信號放大后進行A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換，最后對調(diào)幅信號進行解調(diào)。系統(tǒng)電路由低通濾波器、帶通濾波器、正弦振蕩電路、乘法電路、加法電路、放大電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路組成，如圖1所示。
1.2 電路設(shè)計
1.2.1 低通濾波器設(shè)計
    對于信號的頻率具有選擇性的電路稱為濾波電路，它的功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而阻止其他頻率信號的通過。有源濾波電路是應(yīng)用廣泛的信號處理電路。本文采用二階壓控電壓源巴特沃斯低通濾波電路，如圖2所示。
    
    

1.2.3 加法電路設(shè)計
    當多個輸入信號同時作用于集成運放的同相輸入端時，就構(gòu)成同相求和運算電路，如圖6所示。輸出端電位：Uo=Ui1+Ui2[6-7]。

2 系統(tǒng)運行結(jié)果
    本文采用幅值為2 V、頻率為2 MHz和3 MHz的正弦信號為調(diào)制信號。系統(tǒng)運行結(jié)果如圖7所示。第1通道為輸入的正弦波信號x1(t)，幅值為1 V，頻率為100 kHz，其相應(yīng)的輸出見第2通道波形所示。第3通道為輸入的正弦波信號x2(t)，幅值為1.5 V，頻率為120 kHz，其相應(yīng)的輸出見第4通道波形所示。本系統(tǒng)為慣性系統(tǒng)，從圖7中可以看出各輸出信號比各輸入信號滯后2.5 ?滋s左右，輸出信號有輕微失真。由于輸出沒有通過傳統(tǒng)的模擬多路選擇開關(guān)，不會存在切換延時現(xiàn)象，因此各輸出信號之間具有較好的同步性。
    本文介紹了頻分復(fù)用技術(shù)在多通道同步數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用方法。通過這一技術(shù)的運用，使多通道同步數(shù)據(jù)采集的電路得以簡化，從而減少ADC芯片的使用量。實踐證明，這種設(shè)計方法具有較好的實用價值。
    在計算機的快速發(fā)展應(yīng)用中，也可將多通道信號采集的數(shù)據(jù)直接上傳給計算機，然后由計算機對這些數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理，通過軟件方法設(shè)計帶通濾波器。這不僅可以節(jié)省硬件資源，而且可以得到近似理想的濾波器，從而可以避免濾波器在不同截止頻率處的信號增益變化，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。
參考文獻
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