信xin號hao平ping均jun法fa是shi一yi項xiang常chang用yong於yu此ci類lei數shu據ju采cai集ji係xi統tong的de技ji術shu，可ke以yi增zeng強qiang數shu值zhi結jie果guo的de可ke用yong分fen辨bian率lv並bing抑yi製zhi多duo種zhong噪zao聲sheng。雖sui然ran過guo濾lv方fang式shi簡jian單dan，但dan其qi整zheng體ti效xiao果guo要yao取qu決jue於yu所suo使shi用yong的de平ping均jun法fa。本ben文wen將jiang對dui傳chuan統tong的de序xu列lie平ping均jun法fa和he最zui新xin的de交jiao叉cha平ping均jun法fa進jin行xing比bi較jiao。

許多現代的混合信號MCU和片上係統都直接將平均法加入到模擬-數字轉換器硬件中。這大大減少了MCU需要完成的處理量

，簡化代碼編寫
，縮短處理器需要在高功耗模式中的運行時間。

盡管多種信號與設備之間實現連接的模擬輸入多路複用器已十分普遍
，但大部分混合信號MCU的(de)硬(ying)件(jian)平(ping)均(jun)功(gong)能(neng)每(mei)次(ci)隻(zhi)能(neng)在(zai)一(yi)條(tiao)信(xin)號(hao)通(tong)道(dao)中(zhong)執(zhi)行(xing)。當(dang)平(ping)均(jun)過(guo)程(cheng)完(wan)成(cheng)後(hou)，通(tong)常(chang)會(hui)引(yin)發(fa)中(zhong)斷(duan)，然(ran)後(hou)固(gu)件(jian)在(zai)中(zhong)斷(duan)中(zhong)選(xuan)擇(ze)另(ling)一(yi)個(ge)需(xu)要(yao)轉(zhuan)換(huan)的(de)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)。在(zai)一(yi)些(xie)設(she)備(bei)中(zhong)，比(bi)如(ru)賽(sai)普(pu)拉(la)斯(si)半(ban)導(dao)體(ti)公(gong)司(si)的(de)PSoC 4係列1 Msps 12位ADC可編程片上係統，其通道序列內置於轉換器硬件中，可在無需處理器幹預的情況下對所有通道執行平均功能。

這zhe種zhong傳chuan統tong的de對dui單dan一yi通tong道dao信xin號hao進jin行xing多duo次ci轉zhuan換huan後hou才cai轉zhuan到dao下xia一yi個ge通tong道dao的de平ping均jun模mo型xing被bei稱cheng為wei序xu列lie平ping均jun。這zhe種zhong方fang法fa存cun在zai一yi些xie限xian製zhi，主zhu要yao問wen題ti在zai於yu會hui降jiang低di多duo通tong道dao環huan境jing中zhong的de可ke用yong采cai樣yang率lv
，包bao括kuo被bei平ping均jun的de通tong道dao和he序xu列lie中zhong不bu需xu要yao平ping均jun的de通tong道dao。

zuijinchuxianleyizhongxindefangfa，keyizengqiangshujucaijixitongshejishisuoshiyongdegezhonggongju。zhexiangjishubeichengweijiaochapingjunfa，tageixuyaocaijigaopinlvxinhaoyijixuyaokuaisucaijifeipingjuntongdaoyangbendexitongdailailefuyin。

序列平均和交叉平均的區別我們可以從一些圖文中得到解釋，本文選擇了一個8通道的配置作為示例。原始ADC采樣率設置為800 ksps，每個通道中的16個12位樣本將被一起平均。這樣會產生一個16位的輸出字，而12位樣本量化的信噪比貢獻量則會把信噪比限製在相對於14位轉換器的水平（假設每個樣本的量化噪聲貢獻量不相關）。

由於有8個通道
，且每個通道取樣16次後獲得最終結果
，因此ACD需要進行128次轉換才能生成各結果組。這一過程需要160微秒，結果組的可用頻率為6250次/秒。

這個例子還假設每個通道都有自己的結果寄存器，本示例中所使用的PSoC 4就是如此。但部分混合信號MCU有所不同，它們隻有一個結果寄存器，因此不得不在轉換通道時進行讀取。

圖1所示的是偽代碼形式的標準序列平均解決方案，其行為如下：

刷新累積寄存器

選擇通道1

以1.25微秒間隔進行16次采樣
，將它們累積在通道1的寄存器中，總耗時20微秒

選擇通道2

以1.25微秒間隔進行16次采樣
，將它們累積在通道2的寄存器中
，總耗時20微秒

重複上述步驟
，完成8個通道的取樣

轉移8個結果

，出現中斷或DMA

圖1：序列平均

序列平均

通道1

16個序列樣本

從通道1來看

孔徑時間

采樣間隔

每個輸入端通過連續16次轉換進行采樣。一個通道的連續轉換需要160微秒
，因此每個通道的采樣頻率為每秒6250個樣本。采樣孔徑（即一個通道的采樣時間）為20微秒。這一孔徑會產生低通濾波的效果，然而帶寬會非常高
，出現（1/20微秒）50千赫倍數頻率響應的零點。這一過濾無法防止混疊。這一輸入信號中的任何接近6250赫茲倍數的頻率成分將被混疊降低到接近DC的水平，從而可能製造明顯的測量噪聲。隻能通過使用每個通道的防混疊過濾器對其進行預先過濾，以緩解這一現象。

此外，各通道間會出現20微秒的時間偏差。如果需要計算交叉通道數學函數（比如相關性或功率計算），這一時間偏差會產生嚴重誤差。

如果在這樣一個序列中有未平均的通道，此類通道的采樣頻率主要由其他序列采樣中需要做平均的通道決定。因此，盡管ADC的采樣頻率為800 ksps，但未平均的通道的采樣頻率要遠低於此。最理想的情況是將這800 ksps頻率平均分攤到8個通道，每個通道頻率為100 ksps。 

針對這一難題的解決方案交叉平均法則有效得多（見圖2）。定序器與之前一樣圍繞輸入通道，但這一次僅對每個通道采集一個樣本。在通道經過N次單次采樣後
，可以讀出所有累積寄存器的輸出。

圖2：交叉平均

交叉平均

組1

采樣間隔

從通道1來看

孔徑時間

偽代碼形式的交叉平均序列如下：

將硬件循環計數器設置為0

刷新累積寄存器

重複

循環計數器+= 1

選擇通道 [循環計數器]

取一個樣本，將它累積到通道 [循環計數器]的寄存器中，總時間1.25微秒

直到循環計數器 ≥8

轉移8個結果，出現中斷或DMA

這個平均過程的信號特征明顯不同。現在不會出現連續轉換，獲得每個平均數的16次轉換被均勻地分攤，每輪轉換耗時160微秒，間隔10微秒。換言之，每個通道的采樣頻率為100 ksps，這是將800 ksps ADC分攤到8個通道時的理論最大值。這一過程的采樣孔徑為160微秒，因此係統頻率響應零點會出現在最終采用頻率的倍數上。其優點在於輸入信號中不會出現混疊降低到DC的高頻率噪聲。這可大大提高測量的穩定性
，從而顯著降低模擬過濾要求。

通道之間仍存在時間偏差
，但已減少到1.25微秒，相比160微秒的抽樣時間要小得多，大大減少了跨通道計算的誤差。

在本示例中
，使用交叉平均法的轉換器子係統以相當於約14位信噪比和6.25 ksps的頻率提供8個通道的樣本，並有效預防混疊，縮短通道間的延遲時間。

交叉平均法正在賽普拉斯半導體的新型可編程芯片係統設備上推行，包括近期推出的Cortex M4-based PSoC 6和賽普拉斯PSo4係列模擬產品PSoC Analog Coprocessor。該設備的ADC中的硬件（可通過PSoC Creator Scan_ADC 組件進行完整配置）還可以在不執行平均功能的情況下轉換序列中的任何通道。這意味著在更前麵的例子中，通道仍能夠達到100 ksps頻率，且不會影響已平均通道的時間。

yigaofenbianlvhegaocaiyangpinlvcaijiduogetongdaodeyangben，jidadezengjialeshiyongxiandaihunhexinhaokebianchengpianshangxitongjinxingjingjiergaoxingnengdemonixinhaobuzhuodekenengxing。dangxuyaozhuanhuanduogekenengyaoqiujinxingpingjundemonitongdaoshi，qingzhuyiduozhongpingjunmoshiduishebeixinhaochulinenglisuochanshengdeyingxiang。



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