[发明专利]一种带FFT滤波功能的数据采集累加器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种带FFT滤波功能的数据采集累加技术领域。

背景技术

在光纤传感应用中，尤其在分布式光纤测温系统(DTS系统)中，由于散射信号十分微弱，完全被淹没在噪声中，系统需要采用弱信号检测技术，从噪声中提取待测信号。以光纤测温系统为例，系统中噪声的主要成分是白噪声，其具有零均值的统计特性，可以利用噪声的统计特性来达到降噪的目的。因此，为提高信噪比，后续信号处理采用数字平均的方法，即将一次测量的X(如X＝4000)点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的X点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环Y(如Y＝10000)次，然后对各单元求平均，以获得最接近真实信号的有效数据。然而，一方面白噪声是宽带噪声，也就是其带宽很宽，通过上述累加和平均方法，虽然可以消除一部分，但是白噪声的影响还是很明显，系统信噪比还是不理想；而另一方面，DTS系统中淹没在噪声中的有效信号其带宽也比较宽，从低频到高频部分一直都有信号分布，实验表明，温度信号的频谱主要集中在几十Hz到几十MHz范围内。因此，采用传统的累加和平均除噪方法仍不能完全消除白噪声，不能获得比较干净的有效信号，从而不能达到提高信噪比的要求。

发明内容

为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，首先完成数据采集，然后对采集到的数据做FFT，再对数据频谱做滤波，然后做FFT逆变换得到滤波后的数据，最后做数据累加，由此可以得到比较干净的信号，从而提高系统信噪比。

为了达到上述目的，本发明采用一种带FFT滤波功能的数据采集累加器，包括数据输入模块和现场可编程门阵列模块，其特征在于：所述现场可编程门阵列模块由FFT滤波器和累加器组成。

所述数据输入模块包括模数转换模块。

所述FFT滤波器由FFT IP核、多路数据交换器、FFT逆变换数据输入选择器以及FFT逆变换IP核组成。

所述累加器由寄存器单元、多位累加器单元、双口RAM单元和地址产生器单元组成。

所述寄存器单元包括：第一寄存器单元、第二寄存器单元和第三寄存器单元。

系统各部分功能如下：

所述模数转换模块用来把需要处理的模拟信号转化为数字信号。

所述FFT IP核，用于对数据输入模块输出的数据(序列)做FFT，获得信号的频谱数据。

所述多路数据交换器，其功能是根据FFT逆变换输入数据选择器的选择，输出所述FFT IP核的输出结果或者输出0，即对于有用信号频带外的频谱值置0，把带外的噪声滤除掉。

所述FFT逆变换输入数据选择器，其功能是用来选择FFT逆变换IP核的输入数据。例如所述FFT IP核的输出数据流属于信号频带内时，直接输出到FFT逆变换IP核；而如果所述FFT IP核的输出数据流属于信号频带外时，输入到FFT逆变换IP核的数据选择为0。

所述FFT逆变换IP核，其功能是用来把频域信号还原成时域信号。信号频谱经过多路数据交换器后得到了滤波，经FFT逆变换IP核后得到了滤波后的时域信号，此时信噪比已得到较大提高。

所述寄存器单元用以缓存数据；

所述第一寄存器单元把来自所述FFT逆变换IP核的数据传给多位累加器单元，所述多位累加器单元通过第二寄存器单元和第三寄存器单元与所述双口RAM单元相连，所述双口RAM单元与所述地址产生器单元相连。

所述多位累加器单元用以对数据进行相加求和；

所述双口RAM单元可以实现数据同时读写功能；

所述地址产生器单元用以向所述双口RAM单元提供地址；

FFT变换(快速傅里叶变换)是数字信号处理领域一种重要算法，一般用来分析信号的频谱，在实际应用中，可以用来对信号进行滤波，例如，用来滤除某一个频段的信号。

在本发明中，对采集到的信号通过FFT进行滤波，即先进行FFT变换，然后把系统频带外的信号滤除(例如，频谱值置0)，再进行FFT反变换，就可以获得滤波后比较干净的信号，提高系统信噪比。

一种带FFT滤波功能的数据采集累加器的实现方法，包括以下步骤：

第一步，所述数据输入模块的数据经过FFT IP核后获得信号的频谱值；

第二步，信号的频谱值经过多路数据交换器进行滤波，获得滤波后的频谱值。

第三步，滤波后的频谱值经过FFT逆变换IP核，得到滤波后的时域信号(数据)；