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(jì)中，設(shè)計(jì)了一種新型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案?？梢院芎玫亟鉀Q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(fèi)問題，驗(yàn)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(shí)現(xiàn)異步采集，由多個(gè)ADC組成的采集器則可以實(shí)現(xiàn)同步采集。通過模擬多路選擇器切換不同的通道對(duì)多通道信號(hào)輪流切換進(jìn)行采集時(shí)，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(shí)總會(huì)引入誤差和延時(shí)。使用多個(gè)ADC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多通道并行采集可提高信號(hào)同步性。但若過多使用ADC芯片則會(huì)導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，而且價(jià)格昂貴[1-4]。許多信號(hào)傳輸系統(tǒng)都可以提供一個(gè)比信號(hào)本身所要求的頻帶寬得多的帶寬。對(duì)于頻譜互相重疊的單個(gè)信號(hào)，利用正弦幅度調(diào)制將信號(hào)的頻譜在頻率上進(jìn)行搬移，使這些已調(diào)信號(hào)的頻譜不再重疊，使得在同一寬帶信道上同時(shí)傳輸這些信號(hào)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(gè)ADC芯片的情況下提高信號(hào)采集的同步性。本文以二通道信號(hào)為例，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用技術(shù)在多路信號(hào)采集上的應(yīng)用。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    本文通過頻分復(fù)用技術(shù)，使二路信號(hào)合成為一個(gè)調(diào)幅信號(hào)，再對(duì)調(diào)制信號(hào)放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換，最后對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)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(jì)
1.2.1 低通濾波器設(shè)計(jì)
    對(duì)于信號(hào)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(hào)通過，而阻止其他頻率信號(hào)的通過。有源濾波電路是應(yīng)用廣泛的信號(hào)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(jì)
    當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)作用于集成運(yùn)放的同相輸入端時(shí)，就構(gòu)成同相求和運(yùn)算電路，如圖6所示。輸出端電位：Uo=Ui1+Ui2[6-7]。

2 系統(tǒng)運(yùn)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(hào)為調(diào)制信號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。第1通道為輸入的正弦波信號(hào)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(hào)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(hào)比各輸入信號(hào)滯后2.5 ?滋s左右，輸出信號(hào)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(huì)存在切換延時(shí)現(xiàn)象，因此各輸出信號(hào)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(yùn)用，使多通道同步數(shù)據(jù)采集的電路得以簡(jiǎn)化，從而減少ADC芯片的使用量。實(shí)踐證明，這種設(shè)計(jì)方法具有較好的實(shí)用價(jià)值。
    在計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展應(yīng)用中，也可將多通道信號(hào)采集的數(shù)據(jù)直接上傳給計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，通過軟件方法設(shè)計(jì)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(hào)增益變化，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。
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