现代通信技术不断发展,信号的复杂程度随之提高,人们对信号的细节愈发关注。对于采样系统而言,不断减小采样过程中的噪声并提高测量准确度能够实现更精确的信号捕获。采样系统的精度是衡量测量信号是否精确的重要指标,而模数转换器的性能是采样精度的重要决定因素之一。由于集成电路工艺的限制,ADC芯片在采样率和分辨率指标上无法同时兼顾,采样精度也受到了相应的限制。因此,研究影响采样精度的因素并提高采样精度具有重要的实际应用价值。本课题基于PXIe总线示波器实验平台,深入研究了影响采样精度的因素;构建了采样率与分辨率可配置的混合交替采样系统;分析并实现了高精度数据处理方法。本课题的研究内容主要包括以下三个部分:1、信号重构性能关系模型分析:首先分析了稀疏信号的重构过程,分别研究了采样率和量化位数对信号重构性能的作用原理,进一步建立了输入信噪比、ADC量化位数、采样率及被测信号特征的关系模型,为实际应用中最优的采样系统设计奠定了相关基础。2、混合交替采样系统分析与设计:基于时间交替采样系统、量化交替采样系统、以及通过多片多核ADC并行交替采样的方式,构建了一种采样率和分辨率可配置的混合交替采样系统。分析了此采样系统提升采样性能的原理,并在PXIe总线示波器采集模块中实现了该采样结构,该混合交替采样系统的理论采样率可达5GSPS,分辨率可提升为9bit。另外,在混合交替采样系统中,研究了输入噪声和量化噪声存在的情况下该系统的最佳性能。3、分辨率优化方法分析与实现:在采样系统硬件结构一定的情况下,从频域和时域的角度,分析了滤波、连续捕获平均、连续采样平均、基于扰动采样的平均等高分辨率数据处理方法的作用原理,通过仿真实验验证了相关方法的正确性。另外,研究了信号通道校正提高测量精度的原理,详细介绍了零点校正及增益校正的过程。最后在示波器软件中实现了本课题所介绍的高分辨率数据处理方法,给出了测量波形在经过相关方法处理前后的对比,从而验证了所提出方法对系统精度的提升有效性。