取样示波器精密时基模块技术研究
发布时间：2022-01-16 01:18
取样示波器采用等效时间采样技术,可使用较低的实时采样率对高频周期重复信号进行不失真的采样,被广泛应用于微波信号、超带宽脉冲信号、以及雷达信号的波形测试中,相对于实时采样示波器具有更高的输入带宽和等效采样率,测试成本相对更低。精密时基模块属于取样示波器同步触发信号输入前端,通过对高速外同步触发信号的频率相位调谐,产生低频高精度步进延时取样脉冲信号,作为本振信号控制取样器对高频被测信号进行取样,是实现高等效采样率的关键模块。本文根据顺序等效采样理论设计取样示波器精密时基模块,支持2.5GHz同步触发信号输入,可根据时基档位和采样点数灵活调整延时精度和延时范围,研究内容主要从下几个方面进行阐述展开:1、对取样示波器随机等效采样和顺序等效采样的实现方法及原理进行研究,针对现有实现精密时基功能的方法进行可行性分析,面对传统方法的不足,结合课题的研究目标,提出一种新型的步进延时脉冲产生方法“步进移相延时法”,为精密时基模块的设计奠定了理论基础。2、设计了以“FPGA+DDS”为核心架构的精密时基硬件电路,根据指标要求对电路中关键高速器件进行选型,完成了输入信号调理电路、DDS芯片及外围电路、时钟信...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随机等效采样原理图
中北大学学位论文7发点的时间间隔t0～t4进行测量，按照时域上的先后顺序将采样点重新进行排序后，实现被测信号波形的重构。ADC的采样率为SSTf/1，经过N次内插实现了波形采集，则等效系统的采样率为SESTNf/。等效随机采样可实现的最高等效采样率在于内插间隔t的测量分辨率，目前基于TAC时间间隔测量技术应用较为广泛[26]，可对皮秒级的脉冲进行宽度测试，等效采样系统的最高等效采样率可达到TSPS，为了对随机等效采样技术进行分析，下面对TAC技术测试脉冲宽度进行说明。随机等效采样示波器在触发点和采样点之间的时间间隔t为所需测试的时间宽度，TAC电路由RC电路和恒流源两部分组成。如图2-2所示，通过异或门将触发信号tf)(和ADC采样时钟信号tS)(进行异或后得到脉冲信号tf)(YH，脉冲宽度为t的窄脉冲输入到TAC时间间隔测量电路，窄脉冲启动恒流源对RC电路进行充电，tf)(C为电容充电电压波形，其幅值V与脉冲宽度t成正比关系，脉冲结束后RC电路进行放电，tf)(C信号输入ADC进行采集后进行幅值测量。对每个采样点进行时间间隔测试并按照大小顺序排列，便可知道其对应时域的先后顺序。图2-2TAC时间间隔测量原理图Fig.2-2TACtimeintervalmeasurementprinciplediagram随机等效采样虽然可以使用多路ADC对同一信号进行交替并行采样来提高系统的采样率，但其带宽受限于单个ADC的输入带宽，系统等效采样率的提高受限于时间间隔测试的分辨率。除此之外，还要考虑到恒流源的精度、温度对模拟器件的影响因素，必须设计校准电路对TAC电路进行校准[27]；在TAC技术中RC电路电容放电时间τ较长，电容恢复稳定需要毫秒量级的时间，必须通过N组波形的内插实现波形重构，制约了系
中北大学学位论文8统的测量速度，从原理上就决定了必须使用高采样率的ADC多通道同步采样才能在较短的时间内将一个波形的点完全遍历。当完成内插采集后，采样点按照时域上先后顺序排序，必须在硬件中添加存储系统设计，排序算法和存储算法的设计也必不可少[28]。从以上几点分析得出结论为，随机等效采样硬件系统实现成本较高，且系统构造较为复杂，实现难度大。2.1.2顺序等效采样顺序等效采样[29,30]（SequentialEquivalent-TimeSampling）实现相对于随机等效采样较为简单，实现的等效采样率更高。顺序等效采样的特点：采样频率可以远低于被测信号的频率，采集样本具有时域上的前后关系，需要外部提供显示触发信号。在触发事件到来时，在被测信号的一个周期或者间隔多个周期后采集一个点。以触发点为基准位置，每次触发事件到来后，采样位置在时域上较前一次向后延时，将此时采样点的信息记录下来，经过N次延时触发采集，实现整个波形幅值信息的顺序t采集，不需要进行采样点的排序便可直接恢复波形。图2-3顺序等效采样原理图Fig.2-3Principleofsequentialequivalentsampling如图2-3所示，输入被测信号是以T为周期重复的原始信号，采样触发周期为TS=T+t，使用TS为采样间隔对输入信号进行欠采样，降低了系统的对采样频率的要求，实现低速采样器对高频信号进行采样。其采样过程如下：输入信号从触发点开始，第一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的探地雷达数据采集系统设计[J]. 程昌彦,李太全. 无线电工程. 2017(04)
[2]泰克推出PCI Express 4.0测试解决方案[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(08)
[3]创新时序交织结构解决实时示波器对超高带宽测试的性能需求[J]. 国外电子测量技术. 2016(03)
[4]基于有载品质因数的低抖动时钟电路研究[J]. 邱渡裕,田书林,谭峰,曾浩. 仪器仪表学报. 2015(07)
[5]泰克为100GBASE-SR4推出光测试解决方案[J]. 崔丽慧. 电信工程技术与标准化. 2015(04)
[6]基于并行结构的随机等效时间采样技术研究与实现[J]. 邱渡裕,田书林,叶芃,潘卉青,曾浩. 仪器仪表学报. 2014(07)
[7]开发超宽带光学取样示波器工程化样机[J]. 张建国,刘元山. 中国科学:信息科学. 2012(11)
[8]DDS芯片输出杂散分析及其抑制研究[J]. 张杰,胡超. 微计算机信息. 2011(09)
[9]冲击脉冲型探地雷达等效采样方法的研究[J]. 屈义萍,刘四新,徐晓林. 电子测量技术. 2010(01)
[10]便携式时域反射仪硬件系统设计[J]. 沈绍祥,冯炜,纪奕才,方广有. 电子技术应用. 2010(01)
博士论文
[1]5G移动通信的若干关键技术研究[D]. 周彦果.西安电子科技大学 2018
[2]宽带等效取样示波器关键技术研究[D]. 邱渡裕.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]高性能波片测量仪设计研究[D]. 王金伟.中北大学 2019
[2]阵列式探地雷达信息采集及增益控制技术的研究与实现[D]. 姜建禹.哈尔滨工业大学 2019
[3]10GHz宽带信号时域获取技术的研究与实现[D]. 王超.电子科技大学 2019
[4]微波生命探测雷达射频前端的设计与实现[D]. 吕晓炜.电子科技大学 2018
[5]穿墙雷达等效采样接收机关键技术研究[D]. 郭宇.国防科学技术大学 2014
[6]取样示波器等效采样系统设计与实现[D]. 张君禹.电子科技大学 2014
[7]基于等效采样的数字存储示波器的设计与实现[D]. 赵伟.西安电子科技大学 2012
[8]高性能频谱分析仪中频信号处理技术研究[D]. 陈爽.合肥工业大学 2007
[9]100MHz数字存储示波器等效采样的研究[D]. 石明江.电子科技大学 2006
[10]高速波形分析仪硬件系统设计[D]. 曾浩.电子科技大学 2005
本文编号：3591653
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随机等效采样原理图
中北大学学位论文7发点的时间间隔t0～t4进行测量，按照时域上的先后顺序将采样点重新进行排序后，实现被测信号波形的重构。ADC的采样率为SSTf/1，经过N次内插实现了波形采集，则等效系统的采样率为SESTNf/。等效随机采样可实现的最高等效采样率在于内插间隔t的测量分辨率，目前基于TAC时间间隔测量技术应用较为广泛[26]，可对皮秒级的脉冲进行宽度测试，等效采样系统的最高等效采样率可达到TSPS，为了对随机等效采样技术进行分析，下面对TAC技术测试脉冲宽度进行说明。随机等效采样示波器在触发点和采样点之间的时间间隔t为所需测试的时间宽度，TAC电路由RC电路和恒流源两部分组成。如图2-2所示，通过异或门将触发信号tf)(和ADC采样时钟信号tS)(进行异或后得到脉冲信号tf)(YH，脉冲宽度为t的窄脉冲输入到TAC时间间隔测量电路，窄脉冲启动恒流源对RC电路进行充电，tf)(C为电容充电电压波形，其幅值V与脉冲宽度t成正比关系，脉冲结束后RC电路进行放电，tf)(C信号输入ADC进行采集后进行幅值测量。对每个采样点进行时间间隔测试并按照大小顺序排列，便可知道其对应时域的先后顺序。图2-2TAC时间间隔测量原理图Fig.2-2TACtimeintervalmeasurementprinciplediagram随机等效采样虽然可以使用多路ADC对同一信号进行交替并行采样来提高系统的采样率，但其带宽受限于单个ADC的输入带宽，系统等效采样率的提高受限于时间间隔测试的分辨率。除此之外，还要考虑到恒流源的精度、温度对模拟器件的影响因素，必须设计校准电路对TAC电路进行校准[27]；在TAC技术中RC电路电容放电时间τ较长，电容恢复稳定需要毫秒量级的时间，必须通过N组波形的内插实现波形重构，制约了系
中北大学学位论文8统的测量速度，从原理上就决定了必须使用高采样率的ADC多通道同步采样才能在较短的时间内将一个波形的点完全遍历。当完成内插采集后，采样点按照时域上先后顺序排序，必须在硬件中添加存储系统设计，排序算法和存储算法的设计也必不可少[28]。从以上几点分析得出结论为，随机等效采样硬件系统实现成本较高，且系统构造较为复杂，实现难度大。2.1.2顺序等效采样顺序等效采样[29,30]（SequentialEquivalent-TimeSampling）实现相对于随机等效采样较为简单，实现的等效采样率更高。顺序等效采样的特点：采样频率可以远低于被测信号的频率，采集样本具有时域上的前后关系，需要外部提供显示触发信号。在触发事件到来时，在被测信号的一个周期或者间隔多个周期后采集一个点。以触发点为基准位置，每次触发事件到来后，采样位置在时域上较前一次向后延时，将此时采样点的信息记录下来，经过N次延时触发采集，实现整个波形幅值信息的顺序t采集，不需要进行采样点的排序便可直接恢复波形。图2-3顺序等效采样原理图Fig.2-3Principleofsequentialequivalentsampling如图2-3所示，输入被测信号是以T为周期重复的原始信号，采样触发周期为TS=T+t，使用TS为采样间隔对输入信号进行欠采样，降低了系统的对采样频率的要求，实现低速采样器对高频信号进行采样。其采样过程如下：输入信号从触发点开始，第一
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的探地雷达数据采集系统设计[J]. 程昌彦,李太全. 无线电工程. 2017(04)
[2]泰克推出PCI Express 4.0测试解决方案[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(08)
[3]创新时序交织结构解决实时示波器对超高带宽测试的性能需求[J]. 国外电子测量技术. 2016(03)
[4]基于有载品质因数的低抖动时钟电路研究[J]. 邱渡裕,田书林,谭峰,曾浩. 仪器仪表学报. 2015(07)
[5]泰克为100GBASE-SR4推出光测试解决方案[J]. 崔丽慧. 电信工程技术与标准化. 2015(04)
[6]基于并行结构的随机等效时间采样技术研究与实现[J]. 邱渡裕,田书林,叶芃,潘卉青,曾浩. 仪器仪表学报. 2014(07)
[7]开发超宽带光学取样示波器工程化样机[J]. 张建国,刘元山. 中国科学:信息科学. 2012(11)
[8]DDS芯片输出杂散分析及其抑制研究[J]. 张杰,胡超. 微计算机信息. 2011(09)
[9]冲击脉冲型探地雷达等效采样方法的研究[J]. 屈义萍,刘四新,徐晓林. 电子测量技术. 2010(01)
[10]便携式时域反射仪硬件系统设计[J]. 沈绍祥,冯炜,纪奕才,方广有. 电子技术应用. 2010(01)
博士论文
[1]5G移动通信的若干关键技术研究[D]. 周彦果.西安电子科技大学 2018
[2]宽带等效取样示波器关键技术研究[D]. 邱渡裕.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]高性能波片测量仪设计研究[D]. 王金伟.中北大学 2019
[2]阵列式探地雷达信息采集及增益控制技术的研究与实现[D]. 姜建禹.哈尔滨工业大学 2019
[3]10GHz宽带信号时域获取技术的研究与实现[D]. 王超.电子科技大学 2019
[4]微波生命探测雷达射频前端的设计与实现[D]. 吕晓炜.电子科技大学 2018
[5]穿墙雷达等效采样接收机关键技术研究[D]. 郭宇.国防科学技术大学 2014
[6]取样示波器等效采样系统设计与实现[D]. 张君禹.电子科技大学 2014
[7]基于等效采样的数字存储示波器的设计与实现[D]. 赵伟.西安电子科技大学 2012
[8]高性能频谱分析仪中频信号处理技术研究[D]. 陈爽.合肥工业大学 2007
[9]100MHz数字存储示波器等效采样的研究[D]. 石明江.电子科技大学 2006
[10]高速波形分析仪硬件系统设计[D]. 曾浩.电子科技大学 2005
本文编号：3591653
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