传感器窄脉冲信号的超高速采集系统.pdf

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1、104传感器与微系统(TransducerandMierosystemTechnologies)2013年第32卷第l2期传感器窄脉冲信号的超高速采集系统李嘉鸿，叶凌云，宋开臣(浙江大学生物医学工程与仪器学院，浙江杭州310027)摘要：针对传感器输出的纳秒级超窄脉冲信号，提出一种8x500MSPS的TIADC超高速采集系统，并在脉冲功率分配模块、多相时钟模块中进行了深入研究。仿真实验表明：功率分配模块具有良好的通道一致性和较低的插入损耗，多相时钟模块的时钟抖动低于200fs，且具有较好的通道扩展性。系统在4GSPS采样率下能达到67dB的信噪比

2、。关键词：窄脉冲检测；TIADC；功率分配；多相时钟中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)12-0104-03Ultra-highspeedacquisitionsystem0fnarr0wpul_sesi·gnal’0InsensorLIJia—hong，YELing—yun，SONGKai-chen(CollegeofBiomedicalEngineering&InstrumentScience，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Aiming

3、atultranarrowpulsesignalofnano—secondleveloutputtedbysensor，aTIADCultrahighspeedacquisitionsystemof8×500MSPSisproposed。pulsedpowerdistributionmoduleandmulti—phaseclockmodulearestudied．Simulationexperimentshowsthatpowerdistributionmodulehasgoodchannelconsistencyandlowinsertion

4、loss．Thejitterinmulti—phaseclockmoduleisbelow200fs，andithasgoodchannelexpandability．ThesystemcanachieveSNRof67dBat4GSPSsamplingrate．Keywords：narrowpulsedetection；TIADC；powersplitting；multi—phaseclock0引言TIADC系统，并应用于多普勒激光雷达回波处理系统中，能在雷达回波、粒子物理实验、脉冲激光测距等应用场合够处理频率上限为50MHz，幅度为±1V的回

5、波信号。中，经常要对传感器输出的纳秒级脉冲信号进行超高速采针对纳秒级的传感器输出脉冲信号的高速高精度采样集。脉冲信号经过系统后续的数字化分析处理，最终要求，本文制定了分辨率为l2bit，采样率为4GSPS的设计获得如目标特征、反应能量、距离及速度等重要信息。因目标，并提出了8x500MSPS的八通道TIADC方案。同时，此，为了保证采集到的脉冲信号质量，超高速采集系统要同为了解决TIADC通道数量扩展困难的问题，本文重点研究时满足高采样率与高转换精度这2项要求。目前，电路板了高对称度的信号拆分方法和扩展性较强的多相时钟模块级的高速高精度采集系统主

6、要采用时间交替采样TIADC的实现方法。方式，利用多通道ADC芯片实现系统采样率的提升。然1基于TIADC的多通道超高速采样而，TIADC系统的设计难度会随着通道数量的增加而急剧TIADC利用多个通道的ADC对模拟信号进行分时采上升，从而限制了TIADC高速采集系统性能的进一步提样，在严格控制多相时钟的前提下，可以通过增加采样通道升。的数量实现采样率的成倍增加，从而突破了单个ADC的采对于电路板级的TIADC高速采样系统的研究，目前最样率上限。为常见的通道数量为二通道或四通道。2007年，中国电子如图1(a)所示，TIADC超高速采集系统主要包括

7、信号科技大学将2片ADC组成4GSPS，8bjt的TIADC系统，并具调理模块、脉冲功率分配模块、ADC阵列、多相时钟发生器有40dB的信纳比J。2006年，东南大学设计了四通道的以及自适应重构滤波器。图l(b)显示了TIADC的工作原TIADC，具有720MSPS的采样率与10hit分辨率。2009年，理，ADC阵列在相等的时间间隔内交替采样，系统的等效西安电子科技大学研制了二通道的l4bit，400MSPS的采样率收稿日期：2013-05-08第l2期李嘉鸿，等：传感器窄脉冲信号的超高速采集系统105=(1)其中，为采样通道数I／=为单通道采

8、样率。(a)系统框图(b)TIADC采样过程(a)blockdiagramofsystem(b)TIADCsamplingprocess