高速數(shù)據(jù)采集卡在雷達(dá)信號的采集與分析

使用短占空比，多種調(diào)制類型和關(guān)鍵定時的脈沖波形的雷達(dá)信號需要提供高帶寬，成比例的采樣率，長內(nèi)存和快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y量系統(tǒng)。它們提供了高帶寬，長采集內(nèi)存以及特殊的采集模式以較大程度地利用內(nèi)存，這些緊湊型儀器提供了高速測量和精度較高的分析。高速模塊化數(shù)字化儀是采集和處理雷達(dá)信號的理想選擇，并為這些測量提供了多項優(yōu)勢。它們提供了高帶寬，長采集內(nèi)存以及特殊的采集模式以較大程度地利用內(nèi)存，這些緊湊型儀器提供了高速測量和精度較高的分析。

雷達(dá)系統(tǒng)依賴于脈沖調(diào)制射頻（RF）載波，通常包括頻率，相位和復(fù)數(shù)調(diào)制。測量儀器的作用是以較大可能的保真度獲取這些脈沖波形并測量關(guān)鍵參數(shù)。

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超高速數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)設(shè)計

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數(shù)據(jù)采集技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信、圖像采集、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)器械等技術(shù)領(lǐng)域。隨著這些領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的速度和精度也需相應(yīng)提高。這就對系統(tǒng)設(shè)計方案選擇、電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)調(diào)試提出了很高的要求。超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲兩大模塊，此外，還應(yīng)兼顧后續(xù)數(shù)字信號處理部分。在A/D轉(zhuǎn)換模塊中，可以采用單片A/D的結(jié)構(gòu)，也可以采用多片A/D并行的結(jié)構(gòu)；而多片A/D并行又包括時間并行和幅度并行兩種方式。因為不同的數(shù)據(jù)采集卡用的地方不同，首先你要確定你的用途，知道用處了才能更好的選型。多片A/D并行可以降低對單個A/D芯片的性能要求，但系統(tǒng)會由于各路之間時鐘延長時間不等和各路之間增益不等，產(chǎn)生偏移誤差。這些誤差必須通過合理的算法進(jìn)行校正，增加了設(shè)備量和控制的復(fù)雜性。在超高速應(yīng)用場合，如果現(xiàn)有芯片的速度與精度能滿足要求，一般采用單片A/D變換結(jié)構(gòu)。另外，超高速采集系統(tǒng)對PCB板的設(shè)計提出很高的要求。如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過45～50MHz，而且工作在這個頻率之上的電路已經(jīng)占到整個電子系統(tǒng)一定的分量（比如1/3），就稱為高速電路。通常約定如果線傳播延長時間大于1/2數(shù)字信號驅(qū)動端的上升時間，則認(rèn)為此類信號是高速信號并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。在超高速系統(tǒng)中，傳輸線效應(yīng)非常嚴(yán)重，需要采用很多方法來保證數(shù)據(jù)的完整性。

數(shù)據(jù)采集卡的精度

精度是指數(shù)據(jù)采集卡在滿量程范圍內(nèi)任意一點的輸出值相對于其理想值之間的偏離程度。數(shù)據(jù)采集卡的精度受卡上放大倍數(shù)的影響比較大，一般廠商給出的數(shù)據(jù)采集卡的精度指標(biāo)都很高，12位AD采集卡的精度在滿程輸入電壓（FSR）的0.01% 1LSB，但在實際檢測過程中，受到很多因素，特別是外部電磁干擾信號，電源干擾和傳感器噪聲等影響因素的限制，檢測的精度往往達(dá)不到這樣的水平。在快速篩查COVID-19新冠病毒中，飛行時間質(zhì)譜檢測時無需核酸提取及PCR步驟，具有準(zhǔn)確、快速、安全、簡便和高靈敏的特點，能夠精準(zhǔn)區(qū)別冠狀病毒肺患者和普通肺。

在實際應(yīng)用中，干擾嚴(yán)重的環(huán)境可能使采樣結(jié)果與廠商標(biāo)稱的精度相差甚遠(yuǎn)，在弱信號（例如熱電偶信號）和高阻抗輸出信號（例如壓電陶瓷傳感器、鋯氧傳感器輸出信號）的才集中尤其如此，原因是逐次比較型AD采集的是微秒級時刻的電信號，而實際輸入的信號是傳感器輸出信號與干擾信號的疊加，在這些干擾信號中，工頻干擾信號是比較普遍的，防止工頻干擾信號比較有效的方法是與工頻信號同步，在工頻周期時間內(nèi)連續(xù)采集若干個信號取平均值，這樣操作會降低實際的采樣速度，在不需要高速采集但要求較高的精度采樣的情況下可以得到比較好的效果。2020年2月25日，國產(chǎn)自主研發(fā)的飛行時間質(zhì)譜儀入選中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會推薦的《新冠疫情防治急需醫(yī)學(xué)裝備目錄（第三批）》，國產(chǎn)飛行時間質(zhì)譜助力新冠炎疫情防治起到重要作用。

高速數(shù)據(jù)采集卡

高速數(shù)據(jù)采集卡總線接口形式一般有：PCIExpress、compactPCI、PXI、PXIExpress、VPX、USB等。

選擇高速數(shù)據(jù)采集卡時一般會從以下指標(biāo)進(jìn)行評估：采樣率、精度、通道、總線接口、帶寬、輸入量程、耦合方式、FPGA是否開放等。

高速數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用領(lǐng)域一般有：激光、通信、雷達(dá)、超聲、大型物理、電子對抗及其他數(shù)字信號處理領(lǐng)域。