色谱信号检测中的调制器优化及其硬件实现方法研究

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随着科技的发展,人们对生活质量的要求有了进一步地提高。但近年来,食品安全问题和环境污染问题日益突出,而如何精确地检测食品中的有害物质或者空气和水中的污染物成为迫切需要解决的问题。因此,更高的分辨率对获取和分析微弱物质信息有着不可或缺的重要作用。SigmaDelta调制器利用了噪声整形技术,将信号带宽内的噪声搬移到信号带外。利用该项技术可以大大增大带宽内的信噪比,精确获取带宽内微弱信号的特征,准确反应被检测的信号情况,从而避免不必要的事故。因此,SigmaDelta调制器的理论和应用受到了广泛地关注。  本文基于Xilinx的Spartan-3e系列的XC3S1200E设计了一种能高分辨率检测液体物质含量的液相色谱检测器。本文首先概述了数模转换器的基本理论以及数模转换器的基本参数和指标;而后,详细介绍了SigmaDelta调制器所涉及的一些技术理论——过采样技术、噪声整形和动态失配整形;接着,深入分析了调制器的稳定性和其拓扑结构的关系;然后,根据液相色谱信号特征和系统的指标设计了一种最优化的调制器;最终,采用MATLAB软件的SIMULINK进行系统仿真,用Verilog语言实现了调制器的各个模块,并进行了验证。  系统测试验证表明,在1Hz正弦信号的情况下,当过采样率为8时信噪比达到了128dB,当过采样率为16时信噪比达到了148dB;在系统的液体检测验证中,该系统能够保证测量稳定性和准确性,并可以连续进行测量。
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