一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的用于处理雷达回波信号的顺序等效采样电路，整个采样电路包括数字信号控制电路、ps级脉冲产生电路、采样保持电路、ADC转换电路；所述的数字控制信号是利用可编程逻辑门阵列结合外部晶振产生一个延时可调的方波信号；所述的ps脉冲产生电路是将经过延时的方波信号转换成一个带有延时的ps级的脉冲信号；采样保持电路与ps脉冲相连接，将ps脉冲作为采样与保持信号；采样保持电路将高频的脉冲信号拉长并与ADC相连，最终送入模数转换芯片。这种顺序采样电路很适合利用低速ADC对高频信号进行A/D转换，有利于降低整个采样电路设计的成本。

An equivalent sampling circuit for GPR echo signal acquisition

The invention discloses a model for processing order equivalent radar echo signal sampling circuit, the sampling circuit includes a digital signal control circuit, ps pulse generating circuit, sampling circuit, ADC conversion circuit; the digital control signal is the use of programmable logic gate array with an external crystal oscillator generates a delay adjustable square wave signal; the PS pulse generating circuit is through delay square wave signal is converted into a PS class with the delay of the pulse signal; sampling circuit and ps pulse connected to ps pulse as a sample and hold signal sampling circuit; the pulse signal frequency of the elongated and connected with ADC finally to the analog-to-digital conversion chip. This kind of sequential sampling circuit is suitable for the low frequency ADC to carry on the A/D transformation to the high frequency signal, is advantageous in reducing the entire sampling circuit design cost.

【技术实现步骤摘要】
一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路
本专利技术涉及电子领域，特别涉及高频信号采集与处理的应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路。
技术介绍
：近年来，超宽带探地雷达作为一种无损检测技术被应用于交通设施的结构检测，由于接受信号是超宽带，其脉冲极其窄，频率极其宽。如果采用传统穿地雷达系统使用的实时采样的方式来采集探地雷达信号，即采样频率至少要大于2倍的信号频率。对于超宽带应用，例如信号的带宽大于1GHz，由于受到采样定理的限制，往往需要采样率大于2GHz的高速集成A/D芯片或高速采样设备。而目前2GHz采样率的集成A/D芯片成本很高，一般几百美元。高速采样设备也存在着成本高、体积较大等缺点。此外A/D转换的主要指标有采样速率和采样精度，而这两个指标却是A/D发展中的一对矛盾，所以A/D芯片往往是高采样速率、精度低，或是采样精度高但采样速率较低，或是折中考虑。从现在的技术和产品看来，低速、低分辨率的数据采集技术已经相当成熟，实现起来比较容易，单片ADC即可满足要求，产品的稳定性和可靠性已毋庸置疑。而高速的数据采集技术是信息基础的前沿。目前我国高速数据采集技术相对比较落后，是我国信息技术的瓶颈，研究和发展该项技术对于我国的军用和民用领域都有重要的价值好广阔的前景。目前使用最广泛的高速数据采样技术有多AD并行采样技术和随机采样技术。但是这两种技术采样技术都的数据依赖精确的控制电路以及信号重组电路，因此在控制和信号处理方面的算法比较复杂。国外现有的数据采集价格昂贵、体积较大、操作复杂、采样频率和采样精度两种不能很好的统一。因此，国外虽然采用技术发展相对比较早，但是一种相对廉价、操做简单的采样电路仍然有待研究。综上所述，在高速数据采集系统的研究方面国内外研究学者、公司做了大量的工作，但是在高速数据采集技术方面国内与国外的差具还很大。国内的高速采样技术不成熟且采集系统的可行性不高。而国外的高速数据采集技术可行性高但是操作复杂、价格昂贵。所以，设计出一款简单的高速数据采样系统具体较大的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种可简单高效采样探地雷达回波信号的等效采样电路。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路，包括：两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路、数字信号控制电路和ps脉冲产生电路；所述两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路依次连接，所述ps脉冲产生电路分别与数字信号控制电路、高速取样门电路相连接；其中所述两级低噪声放大器连接接收雷达回波信号的天线，用于将天线上的信号进行放大，放大的信号经过耦合电容送到高速取样门电路的输入端被采样；所述数字信号控制电路是利用可编程逻辑门阵列结合外部晶振产生一个延时可调的方波信号；所述ps脉冲产生电路用于将经过延时的方波信号转换成带有延时的ps级的脉冲信号；所述高速取样门电路用于将延时ps级脉冲信号形成相位相反的采样与保持信号，对放大的雷达信号采集高频信号部分并拉长后送入ADC转换电路。进一步的，数字信号控制电路采用可编程逻辑门阵列控制MC100E195B芯片的D0-D9来控制方波信号的延时。进一步的，延时为10ps步进延时。进一步的，ps脉冲产生电路包括雪崩电路，雪崩电路包括雪崩三极管、直流偏置电路和微分整形网络，步进延时方波信号经过微分整形网络提取脉冲的边缘，降低方波信号的占空比，延时的方波信号作为雪崩三极管的输入信号利用雪崩三极管的雪崩倍增效应结合整形网络整形后形成延时ps级脉冲信号。进一步的，微分整形网络的微分常数τ小于正脉冲边缘的宽度。进一步的，高速取样门电路包括三极管Q2和取样门电路，三极管Q2的基级连接ps脉冲产生电路，集电极连接取样门电路，发射极接地。进一步的，取样门电路包括三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5以及保持电容，三极管Q2的集电极连接三极管Q4的基级，三极管Q4的发射极连接三极管Q3的发射极，三极管Q4的集电极连接三极管Q5的发射极，三极管Q3的集电极以及三极管Q5的基级连接两级低噪声放大器，三极管Q5的发射极与保持电容相连接。进一步的，延时ps级脉冲信号为高时，三极管Q2导通，此时三极管Q3导通、三极管Q4截止，当三极管Q3导通时被放大的雷达信号由三极管Q3到地，此时保持电容上的电压保持不变，此时整个电路处于保持状态；当延时ps级脉冲信号为0时，三极管Q2截止、三极管Q3截止、三极管Q5导通，此时被放大的雷达信号经过三极管Q5到输出端，即雷达信号被取样电路去取样。进一步的，保持电容后连接绝缘栅型场效应管Q6，三极管Q6连接差动放大器，放大信号的输出端与ADC转换电路连接。进一步的，三极管Q2到Q6的ft大于10Ghz。探地雷达回波信号经过天线接收后，由两级放大器将天线接收到的几毫伏的回波信号放大到几百毫伏，交由取样门电路处理。整个数字部分主要FPGA控制步进延时芯片，根据MC100E195B芯片手册可知，可以通过对芯片D9-D0管教的控制来调节方波的延时，经过延时的方波信号与ps脉冲产生电路相连接，此时形成10ps步进延时的ps级脉冲信号。ps脉冲产生电路与高速取样门电路相连接；脉冲信号经过Q2形成一对相位相反的取样与保持信号，取样门电路由三极管构成Q3、Q4、Q5以及保持电容构成；当ps脉冲输出时Q3导通Q4截止，Q5处于截止状态，此时处于保持状态，当ps为0时此时Q3截止，Q4导通，Q5处于导通状态，形成射集跟随器，射极跟随器将两级放大电路放大的信号取样出来给保持电容C20充电，此时电路处于取样状态；取样与保持电路相互作用，将雷达信号的回信号波形拉长。如上所述取样保持电路与ADC相连接，这样我们就提供了一个频率较低的信号给ADC采集，最终利用FPGA对采集的数字信号进行处理，最终恢复出雷达信号的上的波形。本专利技术采用简单的电路有效地实现对高速数据的采集，整个采样系统的成本低、可行性高,十分有利于对雷达信号的采集与处理。附图说明图1是等效采样电路的结构框图。图2是两级低噪声放大器电路图。图3是延时芯片连接原理图。图4是差动放大器原理图。图5是采样系统原理图。图6是整个等效采样电路最终的仿真结果图。图7是取样脉冲幅度与宽度。具体实施方式：为了更进一步阐述本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图与具体实施例，对本专利技术的技术方案，进行清楚和完整的描述。如图1整个采样系统分为：两级低噪声放大器、高速取样门电路、数字信号控制电路、ps脉冲产生电路、ADC转换电路等部分。两级低噪声放大电路与接收雷达回波信号的天线相连接，并将天线上的信号放大。如图2所示，采用MGA62563，正常工作范围在20mA～80mA,工作频率在0.1～3Ghz，单级增益为22db构成两级放大器，将天线接收到的几十毫伏的信号放大至几百毫伏，交由高速取样门电路采样；将两级放大电路与高速取样门电路相连接，放大的信号经过耦合电容C23送到采样电路的输入端被采样,图5；如图3，整个延时电路采用的是MC100E195B，可以利用FPGA控制芯片的D9-D0管较便可以实现10ps步进延时；晶振产生的方波信号经过MC100E195B产生具有10ps步进延时的方波信号。如图5，步进延时方波信号经过ps产生电路中的微分整形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路，其特征在于包括：两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路、数字信号控制电路和ps脉冲产生电路；所述两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路依次连接，所述ps脉冲产生电路分别与数字信号控制电路、高速取样门电路相连接；其中所述两级低噪声放大器连接接收雷达回波信号的天线，用于将天线上的信号进行放大，放大的信号经过耦合电容送到高速取样门电路的输入端被采样；所述数字信号控制电路是利用可编程逻辑门阵列结合外部晶振产生一个延时可调的方波信号；所述ps脉冲产生电路用于将经过延时的方波信号转换成带有延时的ps级的脉冲信号；所述高速取样门电路用于将延时ps级脉冲信号形成相位相反的采样与保持信号，对放大的雷达信号采集高频信号部分并拉长后送入ADC转换电路。

【技术特征摘要】
1.一种应用探地雷达回波信号采集的等效采样电路，其特征在于包括：两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路、数字信号控制电路和ps脉冲产生电路；所述两级低噪声放大器、高速取样门电路、ADC转换电路依次连接，所述ps脉冲产生电路分别与数字信号控制电路、高速取样门电路相连接；其中所述两级低噪声放大器连接接收雷达回波信号的天线，用于将天线上的信号进行放大，放大的信号经过耦合电容送到高速取样门电路的输入端被采样；所述数字信号控制电路是利用可编程逻辑门阵列结合外部晶振产生一个延时可调的方波信号；所述ps脉冲产生电路用于将经过延时的方波信号转换成带有延时的ps级的脉冲信号；所述高速取样门电路用于将延时ps级脉冲信号形成相位相反的采样与保持信号，对放大的雷达信号采集高频信号部分并拉长后送入ADC转换电路。2.根据权利要求1所述的等效采样电路，其特征在于：所述数字信号控制电路采用可编程逻辑门阵列控制MC100E195B芯片的D0-D9来控制方波信号的延时。3.根据权利要求2所述的等效采样电路，其特征在于：所述延时为10ps步进延时。4.根据权利要求1所述的等效采样电路，其特征在于：所述ps脉冲产生电路包括雪崩电路，雪崩电路包括雪崩三极管、直流偏置电路和微分整形网络，步进延时方波信号经过微分整形网络提取脉冲的边缘，降低方波信号的占空比，延时的方波信号作为雪崩三极管的输入信号利用雪崩三极管的雪崩倍增效应结合整形网络整形后形成延时ps级脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志匡，石国伟，王吉，程景清，肖建，郭宇锋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32