實時采樣技術(shù)是普通電子測量儀器中常用的信號采集手段,，其對信號數(shù)據(jù)獲取的能力受到儀器中A/D模塊的zui高采樣率的限制,。為了彌補這個限制,，我們采用隨機(jī)采樣技術(shù)，這樣對于器件的選用有很大的余地,，可大幅度降低制造成本,。

隨機(jī)采樣的原理

    根據(jù)Nyquist采樣定理，當(dāng)信號的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A/D的采樣頻率時,，信號波形是無法重新構(gòu)建的,。所以對高速的信號可以采用隨機(jī)采樣。隨機(jī)采樣是通過測量每次A/D采樣序列的起點和固定基準(zhǔn)點(信號觸發(fā)點)的時間差Δt,，由于Δt具有隨機(jī)性,，所以通過對信號的n次采樣，如果n足夠大,，通過隨機(jī)采樣序列的疊加就可以將信號波形恢復(fù)出來,。其原理如圖1所示。

數(shù)字熒光示波器中隨機(jī)采樣技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)

    由于每輪采樣時,，Δt是一個隨機(jī)值,，如果將取樣周期T等分為M段，每段分別對應(yīng)0～M-1間的一個值,。經(jīng)過若干輪采樣后,，就可以取遍一個采樣周期T內(nèi)所有的M值。在周期性輸入信號的前提下,，就可以用多輪采樣數(shù)據(jù)序列重建出原信號波形,。在圖1中，M=4,，需要進(jìn)行四輪采樣,。

隨機(jī)采樣系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

系統(tǒng)電路設(shè)計方案

    圖2為隨機(jī)采樣系統(tǒng)電路框圖。被測信號經(jīng)模擬通道進(jìn)行衰減,、放大后,，由快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(FADC)進(jìn)行采樣和量化，將采樣后的數(shù)據(jù)送至FPGA并緩存在FIFO中,。同時被測信號經(jīng)觸發(fā)電路后產(chǎn)生觸發(fā)信號,，經(jīng)隨機(jī)采樣時間測量電路產(chǎn)生觸發(fā)點與其后*個采樣脈沖之間的時間差Δt。慢速模數(shù)轉(zhuǎn)換器SADC把Δt變?yōu)閿?shù)字量,，送至FPGA,。

    FPGA是系統(tǒng)的控制核心，通過SPI串行總線接收ARM發(fā)送的各種控制命令,，對系統(tǒng)工作實行控制,，并完成波形數(shù)據(jù)的數(shù)字熒光處理。

    隨機(jī)采樣時,，F(xiàn)PGA內(nèi)部的控制模塊根據(jù)ARM發(fā)來的控制命令對外部隨機(jī)采樣時間測量電路的工作進(jìn)行控制,，波形重建模塊根據(jù)讀取的值計算出對應(yīng)的0～M-1間某個組數(shù)值I,，并根據(jù)I值進(jìn)行各組采樣數(shù)據(jù)的排序，計算出對應(yīng)的RAM存儲地址,，并將FIFO中緩存的各組采樣數(shù)據(jù)按相應(yīng)的地址存入RAM中,。
當(dāng)組數(shù)值I遍布0～M-1間所有值時，則一個完整的波形已經(jīng)被重建好,，波形重建模塊將RAM中組好的數(shù)據(jù)送至數(shù)字熒光處理模塊轉(zhuǎn)換為顯示波形的圖像數(shù)據(jù),，數(shù)字熒光處理模塊會定時將波形圖像數(shù)據(jù)送至ARM顯示。

    整個隨機(jī)采樣時間測量電路的關(guān)鍵是對Δt的測量和波形數(shù)據(jù)的重組,。