专利名称：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IMHz左右，对应的测量时间分辨率只有约I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I个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率
采集两个数据4)4^42,其中，％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 采集两个数据其中，u是设定的等效采样的时间分辨率，且
Ai Τ0 ；
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A = IΚ + 2ΔΙ)采集两个数据和為2 ;步骤d、所述第一实时采样率Λ = i/τ。是数据采集卡的最高实时采样率，而第二实时采样率J1 = 1/(5+11)和第三实时采样率/2 =1/(%+2Δ )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《 + I个触发信号到来时，由数据采集卡用采样率Sn = IAJq +_采集两个数据為1和為2 ,直到完成全部采集,η为正整数；
步骤Θ、将数据采集卡每次采样的第二个数据為2、為2、為2、一A2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Δ 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、Al、4ι、…A1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 的最小值为数据采集卡的I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。
图1是本发明等效采样方法的原理 图2是利用本发明的等效采样方法对IOOkHz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IOOkHz方波信号上升沿细节进行等效采样的测 量结果。
具体实施例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I个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率/Q = I/T0采
集两个数据為，其中巾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/i = y(Tn+M)采集两个数据J11和為2 ,其中 u是设定的等效采样的时间分辨率，且Ai % ；
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Z2 = I AT。+ 2ΔΙ)采集两个数据和為2 ；
步骤d、所述第一实时采样率/Q = i/rQ是数据采集卡的最高实时采样率，而第二实时采样率4 = 1/(%+Δ 和第三实时采样率/2=1/(Γ0+2Δ￡)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《 + I个触发信号到来时，由数据采集卡用采样率/ = +nAi)采集两个数据4ι和4 ，直到完成全部采集，η为正整数；
步骤e、将数据采集卡每次采样的第二个数据為2、A2、為2、一A2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ΔΙ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、Al、Al、…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為1、為1、.4λ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车u的最小值为数据采集卡的I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/Q =1/%，其中，％是实时采样的最短时间间隔，当第I个触
发信号到来时，采集两个数据和為2，而该两个数据点间的时间间隔为A ;然后降低采 样率为=l/(rQ +ΔΙ) , Li Γ0 ,当第2个触发信号到来时，采集两个数据J11和為2，而该
两个数据点间的时间间隔为A ;继续降低采样率为/2 = 1/(Τ0+2Δ )，当第3个触发信
号到来时，采集两个数据為JPA2，而该两个数据点间的时间间隔为A +2Δ ;如此不断降
低采样率，当第μ+1个触发信号到来时，用采样率Λ = I/(T0 +nAi)采集两个数据
，直到完成全部采集力正整数。图1中示意性地画到了《 =3 ,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Δ ，可以远高于实时采样的时间分辨率巧。如图2、3所示，利用本发明的方法对ΕΕ1642Β型函数信号发生器输出的IOOkHz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/Q = 250kHz，对应的实时采样的时间分辨率只有％ =4叫。取ΔΙ =tl02叫，经过800次触发采样，获得了高达0.02叫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。
权利要求
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I个触发信号到来时，用数据采集卡的第一实时采样率
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米样的第一个数据為1、4ιι、為1、…4*1的米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车u的最小值为数据采集卡的I个时钟周期。
全文摘要
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，而该两个数据点间的时间间隔为；然后降低采样率为，，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，当第3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；如此不断降低采样率，当第个触发信号到来时，用采样率采集两个数据和，直到完成全部采集，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。
文档编号G01R13/00GK103197108SQ20131009699
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者陆文琪, 张文兰, 徐军 申请人:大连理工常州研究院有限公司