基于数字带宽交替的40GSPS超宽带数据采集研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61801092
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    杨扩军
  • 依托单位：
    电子科技大学
  • 学科分类：
    F0103.通信理论与系统
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ultra wide band data acquisition has important application in communication, radar and testing instruments. However, the system bandwidth and sampling rate are limited by amplifier and analog-digital converter. Therefore, breaking through the bandwidth and sampling rate has become an urgent problem to be solved. The time-interleaved parallel sample can improve the sampling rate, but can not improve the input bandwidth. Digital bandwidth interleaving parallel sampling can overcome the limitation of bandwidth and sampling rate at the same time, but a variety of errors between sub-bands will reduce the sampling performance. The increase of sub-band number will increase the difficulty of error calibration. It is necessary to combine two kinds of parallel sampling techniques to achieve high sampling rate on the premise of limited sub-band number. Therefore, this project researches 40GSPS data acquisition method which is based digital bandwidth interleaving and time interleaved sample mixed structure, and the bandwidth is 10GHz. The research contents include: Research on broadband signal conditioning and sub-band decomposition filter design method; high speed parallel digital up conversion and synthesis filter design method for high precision signal reconstruction; calibration method for various error between sub-bands; research calibration algorithm for channel mismatch error in time interleaved sample. The expected results will promote the development of broadband time domain testing instruments and promote the progress of the field related to high speed data acquisition.
超宽带高速数据采集在通信、雷达及测试仪器等多个领域有着重要应用，但系统带宽和采样率受限于放大器及模数转换器等器件，突破带宽和采样率指标成为亟需解决的难题。时间交替并行采样能提高采样率，但无法提升输入带宽。数字带宽交替并行采样能同时突破器件对带宽和采样率的限制，但各子带间的多种误差会降低采样性能，子带数增多会增加误差校准难度。在不过多增加子带数的前提下实现极高采样率，需将两种并行采样技术结合。因此，本项目将研究基于数字带宽交替采样和时间交替采样混合结构的40GSPS采样率、带宽10GHz的数据采集方法，研究内容包括：研究宽带信号调理及子带分解滤波器组设计方法；研究高速并行数字上变频及用于高精度重构信号的综合滤波器组设计方法；对子带间的各种误差校准进行研究；研究时间交替采样中通道失配误差校准算法。预期成果将推动宽带时域测试仪器的发展，促进以高速数据采集系统为核心相关领域的进步。

结项摘要

超宽带高速数据采集在通信、雷达及测试仪器等多个领域有着重要应用，但系统带宽和采样率受限于放大器及模数转换器等器件，突破带宽和采样率指标成为亟需解决的难题。为实现40GSPS宽带采集系统，本项目将时间交替并行采样和数字带宽交替并行采样技术结合，主要从并行采集系统模型、并行采集引入的交叠带、幅频不平坦、相频非线性、通道间频响失配等误差的估计及校正等问题展开研究。. 在采样模型方面，项目建立了包括信号调理通道、模拟下变频、ADC、插值、数字上变频在内的DBI系统模型。从理论上分析了采集系统准确重构输入的条件，得出了误差产生的因素。为整个项目的研究工作提供了可靠的理论支撑，探索出了一种在现有低速低带宽 ADC 芯片指标基础上获得采集系统带宽及采样率指标成倍提升的采样架构。. 在DBI结构引入的误差校正方面，针对分析滤波器频响不理想、在相邻子带间存在频率交叠带的问题，提出了一种基于数字全通滤波器的“线性+非线性”的交叠带相频响应补偿结构，消除了交叠带相位误差对子带拼合的影响；围绕DBI架构的准确重构问题，将DBI系统的准确重构划分为幅频以及相频的准确重构，提出了基于正弦扫频信号的幅频响应失真以及基于宽带广谱信号的相频响应失真误差估计方法，设计了具有线性相位的频域补偿滤波器以及全通滤波器，解决了系统的幅频以及相频响应失真的补偿问题。. 在单子带内的时间交替采样引入的误差校正方面，针对宽带TIADC系统中的频响失配误差（时间误差和增益误差随输入信号频率变化）影响重构精度的问题，提出了基于时变滤波器的频响失配误差校准方法，实现了宽频带输入信号范围内的高精度信号重构。. 项目设计了实验平台，实现了各种误差校正算法。最终实现了40GSPS采样率、10GHz带宽的采集系统，系统SFDR在36dB以上，ENOB大于4.7位。. 在该项目的资助下，上述研究成果已发表学术论文13篇，其中SCI检索期刊论文7篇，申请发明专利7项。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（7）
Method for correcting overlapping band phase difference of parallel ADC structure with mixer
一种混频器并行ADC结构重叠带相位差校正方法
  • DOI：
    10.1088/1748-0221/15/12/p12027
  • 发表时间：
    2020-12
  • 期刊：
    Journal of Instrumentation
  • 影响因子：
    1.3
  • 作者：
    Y. Zhou;P. Ye;K. Yang;Y. Zhao
  • 通讯作者：
    Y. Zhao
A novel frequency response measurement method for wideband ADCs' system
一种用于宽带 ADC 系统的新颖频率响应测量方法
  • DOI：
    10.1049/ell2.12173
  • 发表时间：
    2021-04
  • 期刊：
    Electronics Letters
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Yi Zhou;Peng Ye;Kuojun Yang;Yijiao Zhang
  • 通讯作者：
    Yijiao Zhang
A field programmable gate array based synchronization mechanism of analog and digital local oscillators in bandwidth-interleaved data acquisition systems.
带宽交错数据采集系统中基于模拟和数字本地振荡器的现场可编程门阵列同步机制。
  • DOI：
    10.1063/5.0039666
  • 发表时间：
    2021-03
  • 期刊：
    The Review of scientific instruments
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yu Zhao;Peng Ye;Kuojun Yang;Jie Meng;Maolin Lei
  • 通讯作者：
    Maolin Lei
A fast Fourier transform based method to estimate frequency response mismatches in time interleaved systems.
一种基于快速傅里叶变换的方法，用于估计时间交织系统中的频率响应失配。
  • DOI：
    10.1063/5.0045246
  • 发表时间：
    2021-05
  • 期刊：
    The Review of scientific instruments
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Kuojun Yang;Zhixiang Pan;Peng Ye;Jiali Shi;Yu Zhao;Jie Meng
  • 通讯作者：
    Jie Meng
A digital bandwidth interleaved structure correction method based on itemized correction
一种基于逐项校正的数字带宽交错结构校正方法
  • DOI：
    10.1063/5.0064296
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Yi Zhou;Peng Ye;Qinchuan Zhang;Kuojun Yang;Jun Jiang;Wuhuang Huang;Yu Zhao;Yijiao Zhang
  • 通讯作者：
    Yijiao Zhang

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其他文献

基于TIADC的20 GS/s高速数据采集系统
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    仪器仪表学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨扩军;田书林;蒋俊;曾浩
  • 通讯作者：
    曾浩
数理统计和频谱分析的TIADC误差校正方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    电子科技大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨扩军;孔祥伟;施佳丽;叶芃
  • 通讯作者：
    叶芃

其他文献

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杨扩军的其他基金

基于信号稀疏特征的80GSPS超高速自适应高性能数据采集研究
  • 批准号：
    62371097
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    49 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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