一种时域抽样定理实验模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种时域抽样定理实验模拟装置，包括电信号连接器、时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路和信号测试端点，所述时域抽样定理实验电路通过电信号连接器与外部激励采集设备电气连接，所述时域抽样定理实验电路与时域信号观察通道选择电路连接，所述信号测试端点设有多个，分布设置于所述时域抽样定理实验电路上。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有接口简单、性价比高等优点，十分适合用于时域抽样定理的课堂示例教学和课后随身实验，便于学生开展设计性和创新性实验。

A Simulator for Time Domain Sampling Theorem Experiment

【技术实现步骤摘要】
一种时域抽样定理实验模拟装置
本技术属于电子工程
，尤其是涉及一种时域抽样定理实验模拟装置。
技术介绍
抽样定理既是信号处理和系统分析与设计的重点，也是难点，在通信系统、信息传输理论、数字信号处理等方面占有十分重要的地位。时域抽样定理可以表述为：当连续信号f(t)为有限带宽信号(其频谱满足带限条件：当|ω|＞ωm时，F(ω)＝0，其中，ωm＝2πfm为信号的最高频率)时，只要使采样频率ωs不小于信号的奈奎斯特采样频率ωNeq＝2ωm(对应的采样间隔称为奈奎斯特采样间隔TNeq＝2/ωNeq＝π/ωm)，则信号f(t)可以用等间隔的抽样值fs(t)＝f(nTs)唯一地表示，此时信号频谱只以ωs周期重复延拓成为周期频谱而不发生频域混叠。满足时域抽样定理的抽样信号fs(t)保留了原连续信号f(t)的全部信息，在恢复重建原信号时，使用一个截止频率ωc≥ωm的理想低通滤波器，即可从抽样信号fs(t)中无失真恢复原连续信号f(t)。理想冲激抽样信号的抽样与恢复过程如图1所示，连续信号的抽样信号在低抽样频率时频谱混叠，高抽样频率时频谱不混叠，才可以恢复出原信号。抽样定理在连续时间信号与系统、离散时间信号与系统及数字信号与系统之间架起了一座桥梁，但在实际教学中要使学生深刻理解并掌握仍然存在一定的困难，当用软件平台开展实验教学时，只能局限于理论模型计算，对所依托的实际硬件电路和物理信号不能直接测试和分析，故仍需要配合实际硬件实验实践以加强教学效果。而受已有实验装备数量以及技术水平的限制，常规的抽样定理硬件实验多采用信号与系统实验箱实现，如THKSS型信号与系统实验箱、DICE-T3型信号与系统实验仪等，其电子电路结构和元件参数固定不变，一般只能提供简单的验证性实验，不易扩展为设计性实验或者创新性实验。另外，由于实验箱电路还需要配套外部仪器，如信号发生器、数字示波器、直流稳压电源等，才能正常工作，学生做实验时只能到实验室现场才能进行。专利CN201120438949.1《数模多功能实验板》涉及一种模拟、数字信号综合处理及应用的学生用实验板，但其组成上和实验箱电路没有本质区别，输入功率电源仍需要外接，除抽样定理实验模块外，同时存在多种其它功能实验模块，结构繁杂，不利于单一实验的进行。另外，其抽样定理模块的输入信号类型也受到限制，需要外部信号发生器仪器，输出信号的验证方式也比较简单，只能通过外接示波器仪器来实现波形显示功能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种智能化、接口简单、性价比高的时域抽样定理实验模拟装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种时域抽样定理实验模拟装置，包括电信号连接器、时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路和信号测试端点，所述时域抽样定理实验电路通过电信号连接器与外部激励采集设备电气连接，所述时域抽样定理实验电路与时域信号观察通道选择电路连接，所述信号测试端点设有多个，分布设置于所述时域抽样定理实验电路上。进一步地，所述时域抽样定理实验电路包括依次连接的前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器，多个所述信号测试端点分布于前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器的输入点和输出点处，所述时域信号观察通道选择电路分别连接前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器。进一步地，所述时域信号观察通道选择电路包括多个手动短路跳线开关。进一步地，所述时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路、电信号连接器和信号测试端点集成于一印刷电路线路板上。进一步地，所述电信号连接器为印刷电路线路板间连接器。进一步地，所述信号测试端点为焊接于所述印刷电路线路板上的陶瓷测试环点。进一步地，所述印刷电路线路板通过紧固件固定于一电路保护板上。进一步地，所述外部激励采集设备包括信号发生器、信号接收器和计算机，所述计算机分别连接信号发生器和信号接收器。进一步地，该模拟装置连接有可编程直流电源。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1、本技术可以进行时域抽样定理及信号恢复实验的设计与实现，结构简单。2、本技术的时域抽样定理实验电路按信号流的方向进行设计，包括依次连接的前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器，概念清楚，功能明确。其中抽样器添加电压跟随器以增强驱动能力，当演示验证性实验采用低频正弦信号激励连续时间信号时，因抽样器已经增强了信号驱动能力，可简化后级低通滤波恢复器的复杂性，简单的无源型LC滤波器即可以满足低通滤波要求，实现信号恢复功能；当综合创新性实验所用到的连续时间信号比较复杂时，低通滤波恢复器需要更陡峭的衰减特性，截止频率方能满足ωs-ωm≥ωc≥ωm的要求，本技术低通滤波恢复器采用8阶MFB巴特沃斯低通滤波器，在低频滤波器性能和电路结构复杂度之间取得了合适的平衡，输出波形更符合理论计算结果。抗混叠滤波器的参数设计与信号恢复滤波器类似，采用4阶MFB巴特沃斯低通滤波器，简单演示验证性实验选用的连续时间信号频带较窄，可不用此滤波器，而综合创新性实验所用到的连续时间信号比较复杂时，加入抗混叠滤波器进行低通滤波滤除高频分量，以减少混叠误差，提高频谱分析精度。3、本技术的时域信号观察通道选择电路，包括多个手动短路跳线开关，用于手动选择所述时域抽样定理实验电路中需要观测的信号，结构简单，操作容易，成本低。4、本技术时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路、电信号连接器和信号测试端点集成在一印刷电路线路板(PCB)上，电路模块化，信号分类清楚，可靠性高，体积小，便于携带。5、本技术的电信号连接器，使用印刷电路线路板间连接器，通过双排弯排母和所述便携式多功能数据采集设备的对应双排插针直接对插固定连接，避免杜邦线连接或者飞线连接引起的导线松动或接错问题，电气连接简单可靠。6、本技术的信号测试端点，采用印刷电路线路板连接测试点，使用不同颜色的陶瓷测试环点，焊于电路板上需要观察的重要信号测试端点和可编程直流电源测试端点，可勾挂外部示波器和频谱分析仪的探头，接触良好，使用方便，提高电路调试的效率，同时也可兼容传统的使用外部仪器的实验室现场实验方式。不同的信号使用不同颜色的测试点定义，避免误接。7、本技术设置有可编程直流电源，可以输出直流+/-5V工作电源提供给实验模块，输出幅值可调，体积小，操作简单，调整方便，便携性好。8、本技术设置有电路保护板等机械结构，可以保护电路系统，具有结构简单、安装方便的优点。附图说明图1为理想冲激抽样信号的抽样与恢复过程示意图；图2为本技术系统结构示意框图；图3为本技术与外部激励采集设备的连接示意图；图4为本技术前置抗混叠滤波器电路示意图；图5为本技术抽样器示意图；图6为本技术低通滤波恢复器示意图；图7为本技术时域信号观察通道选择电路示意图；图8为本技术电信号连接器示意图；图9为本技术印刷电路线路板示意图；图10为本技术印刷电路线路板的侧视图；图11为本技术机械结构示意图；图中：1、时域抽样定理实验模拟装置，2、便携式多功能数据采集设备，3、计算机，4、时域抽样定理实验电路，5、时域信号观察通道选择电路，6、电信号连接器，7、信号测试端点，8、前置抗混叠滤波器电路，9、抽样器，10、低通滤波恢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时域抽样定理实验模拟装置，其特征在于，包括电信号连接器、时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路和信号测试端点，所述时域抽样定理实验电路通过电信号连接器与外部激励采集设备电气连接，所述时域抽样定理实验电路与时域信号观察通道选择电路连接，所述信号测试端点设有多个，分布设置于所述时域抽样定理实验电路上。

【技术特征摘要】
1.一种时域抽样定理实验模拟装置，其特征在于，包括电信号连接器、时域抽样定理实验电路、时域信号观察通道选择电路和信号测试端点，所述时域抽样定理实验电路通过电信号连接器与外部激励采集设备电气连接，所述时域抽样定理实验电路与时域信号观察通道选择电路连接，所述信号测试端点设有多个，分布设置于所述时域抽样定理实验电路上。2.根据权利要求1所述的时域抽样定理实验模拟装置，其特征在于，所述时域抽样定理实验电路包括依次连接的前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器，多个所述信号测试端点分布于前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器的输入点和输出点处，所述时域信号观察通道选择电路分别连接前置抗混叠滤波器、抽样器和低通滤波恢复器。3.根据权利要求1所述的时域抽样定理实验模拟装置，其特征在于，所述时域信号观察通道选择电路包括多个手动短路跳线开关。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蓉艳，张志明，翟志清，陆炜江，吴坚，张伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海,31