一种基于双ADC的数据处理方法及系统与流程

    技术2024-12-24  56


    本发明属于数据采集处理,更具体地,涉及一种基于双adc的数据处理方法及系统。


    背景技术:

    1、数据采集系统的主要作用是将模拟信号转换成数字信号,便于后端进行数据分析和处理,动态范围是衡量数据采集系统性能的一个很重要的技术指标。传统的数据采集系统,采用单adc、单放大电路的结构形式对模拟信号进行采样,系统的动态范围由单adc的有效位数决定,比如24bit adc动态范围约为120db。提高数据采集系统的动态范围,是业界一直追求的目标。

    2、对于单adc架构的数据采集系统,采用多套不同采集量程的采集系统对同一模拟信号进行采集可以增加系统动态范围(见应怀樵,沈松,应明,杜峰,刘进明,一种数据采集设备和方法,cn102297703a),但这会大大增加系统成本、体积和功耗。也有通过构建双adc采集架构,并配置衰减电路和放大电路,然后在fpga后端完成数据拼接以扩大动态范围的做法(马文建,陈世龙,李嘉豪,白利兵,陈凯,盛瀚民,邵晋梁,一种实现超大动态范围的高精度采集系统,cn117353741a),但这种方法是通过判定既定采样时刻信号大小,选取不同衰减和放大通道的采样数据,然后在时间轴上实现数据拼接,这种方式可以扩大系统在整个时间轴上的动态范围,但并不能扩大系统在任意采样时刻的动态范围,对于大信号上叠加微小信号的这种应用场景,这种处理方式并不能满足实际应用需求。

    3、因此,如何提供一种能够不大幅增加成本,又能扩大数据采集系统每个采样时刻的动态范围,是本领域技术人员亟需解决的问题。


    技术实现思路

    1、为解决以上技术问题,本发明提出一种基于双adc的数据处理方法,包括:

    2、获取各类传感器输出的模拟信号,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一路放大信号和第二路放大信号;

    3、将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号,分别输入到每个adc芯片中,作为adc芯片的输入量程,并将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号由模拟信号转化为两个数字信号;

    4、通过fpga产生两个adc芯片的采样同步时钟,同时将两个adc芯片输出的同一时刻的所述两个数字信号进行实时拼接及还原处理,生成最终的数字信号,从而扩大整个信号采集的动态范围。

    5、进一步的,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一放大信号和第二放大信号包括:

    6、vout1=exp(c·log(1+a·k1·vin))-1

    7、

    8、其中,vout1为所述第一路放大信号,c为第一路放大信号的第一调整因子,a为第一路放大信号的第二调整因子,k1为第一路放大系数,vin为所述模拟信号,vout2为所述第二路放大信号,d为第二路放大信号的第一调整因子,b为第二路放大信号的第二调整因子,k2为第二路放大系数。

    9、进一步的,还包括对所述第一路放大信号vout1和所述第二路放大信号vout2进行噪声处理,具体为:

    10、vout1-corr=vout1-σ1·sin(f·vout1)

    11、vout2-corr=vout2-σ2·cos(g·vout2)

    12、其中,vout1-corr为噪声处理后的第一路放大信号,σ1为第一路噪声控制第一调整因子,f为第一路噪声控制第二调整因子,σ2为第二路噪声控制第一调整因子,g为第二路噪声控制第二调整因子,vout2-corr为噪声处理后的第二路放大信号。

    13、进一步的,拼接处理包括:

    14、vfused=w1(vin)·vout1-corr·+w2(vin)·vout2-corr

    15、其中,vfused为拼接后的数字信号,w1(vin)为第一路放大信号的动态权重,w2(vin)为第二路放大信号的动态权重;

    16、

    17、w2(vin)=1-w1(vin)

    18、其中,e为第一路放大信号的动态权重的第一调整因子,μ为第一路放大信号的动态权重的第二调整因子。

    19、进一步的,还原处理包括:

    20、

    21、其中,vfinal为所述最终的数字信号。

    22、本发明还提出一种基于双adc的数据处理系统,包括:

    23、放大模块,用于获取各类传感器输出的模拟信号,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一路放大信号和第二路放大信号;

    24、数字信号转换模块,用于将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号,分别输入到每个adc芯片中,作为adc芯片的输入量程,并将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号由模拟信号转化为两个数字信号;

    25、拼接还原模块,用于通过fpga产生两个adc芯片的采样同步时钟,同时将两个adc芯片输出的同一时刻的所述两个数字信号进行实时拼接及还原处理,生成最终的数字信号,从而扩大整个信号采集的动态范围。

    26、进一步的,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一放大信号和第二放大信号包括:

    27、vout1=exp(c·log(1+a·k1·vin))-1

    28、

    29、其中,vout1为所述第一路放大信号,c为第一路放大信号的第一调整因子,a为第一路放大信号的第二调整因子,k1为第一路放大系数,vin为所述模拟信号,vout2为所述第二路放大信号,d为第二路放大信号的第一调整因子,b为第二路放大信号的第二调整因子,k2为第二路放大系数。

    30、进一步的,还包括对所述第一路放大信号vout1和所述第二路放大信号vout2进行噪声处理,具体为:

    31、vout1-corr=vout1=σ1·sin(f·vout1)

    32、vout2-corr=vout2-σ2·cos(g·vout2)

    33、其中,vout1-corr为噪声处理后的第一路放大信号,σ1为第一路噪声控制第一调整因子,f为第一路噪声控制第二调整因子,σ2为第二路噪声控制第一调整因子,g为第二路噪声控制第二调整因子,vout2-corr为噪声处理后的第二路放大信号。

    34、进一步的,拼接处理包括:

    35、vfused=w1(vin)·vout1-corr+w2(vin)·vout2-corr

    36、其中,vfused为拼接后的数字信号,w1(vin)为第一路放大信号的动态权重,w2(vin)为第二路放大信号的动态权重;

    37、

    38、w2(vin)=1-w1(vin)

    39、其中,e为第一路放大信号的动态权重的第一调整因子,μ为第一路放大信号的动态权重的第二调整因子。

    40、进一步的,还原处理包括:

    41、

    42、其中,vfinal为所述最终的数字信号。

    43、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:

    44、(1)双adc数据采集处理装置和方法可以扩大数据采集系统在任意采样时刻的动态范围,可以适用于大信号上叠加微小信号的这种大动态范围应用场景。

    45、(2)可以适配目前市面上的超大动态范围的传感器,而不需要增加额外成本。


    技术特征:

    1.一种基于双adc的数据处理方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的一种基于双adc的数据处理方法,其特征在于,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一放大信号和第二放大信号包括:

    3.如权利要求2所述的一种基于双adc的数据处理方法,其特征在于,还包括对所述第一路放大信号vout1和所述第二路放大信号vout2进行噪声处理,具体为:

    4.如权利要求3所述的一种基于双adc的数据处理方法,其特征在于,拼接处理包括:

    5.如权利要求4所述的一种基于双adc的数据处理方法,其特征在于,还原处理包括:

    6.一种基于双adc的数据处理系统,其特征在于,包括:

    7.如权利要求6所述的一种基于双adc的数据处理系统,其特征在于,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一放大信号和第二放大信号包括:

    8.如权利要求7所述的一种基于双adc的数据处理系统,其特征在于,还包括对所述第一路放大信号vout1和所述第二路放大信号vout2进行噪声处理,具体为:

    9.如权利要求8所述的一种基于双adc的数据处理系统,其特征在于,拼接处理包括:

    10.如权利要求9所述的一种基于双adc的数据处理系统,其特征在于,还原处理包括:


    技术总结
    本发明公开一种基于双ADC的数据处理方法及系统,该方法包括:获取各类传感器输出的模拟信号,对所述模拟信号分为两路进行放大处理,生成第一路放大信号和第二路放大信号;将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号,分别输入到每个ADC芯片中,作为ADC芯片的输入量程,并将所述第一路放大信号和所述第二路放大信号由模拟信号转化为两个数字信号;通过FPGA产生两个ADC芯片的采样同步时钟,同时将两个ADC芯片输出的同一时刻的所述两个数字信号进行实时拼接及还原处理,生成最终的数字信号,从而扩大整个信号采集的动态范围。

    技术研发人员:李汉江,刘登,严生平,郑斐城,何玉峰,张立海,张超,胡侃,彭浩宇
    受保护的技术使用者:武汉市亚桥国际贸易有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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