数字荧光示波器中随机采样技术的研究与开发

摘要

数字荧光示波器（DPO，Digital Phosphor Oscilloscope）作为最新一代示波器，结合了传统模拟实时示波器(ART, Analog Real-Time Oscilloscope)与第二代数字存储示波器(DSO， Digital Storage Oscilloscope)的优点。在保留数字存储示波器的波形存储、波形分析等功能的基础上，通过引入数字荧光处理技术，实现了模拟实时示波器所特有的荧光显示效果，相对于数字存储示波器极大的提高了波形显示更新速率，增强了偶发信号的捕获和显示能力。
　　 随机采样作为一种等效采样技术，通过对周期信号的多次采样，把在信号不同周期中采样得到的数据进行重新排序，重建出信号波形，从而以较低的ADC采样率获得很高的等效采样率。克服了实时采样时模数转换器(ADC， Analog Digital Convertor)采样速率须满足Nyquist采样定理限制的问题，大幅提高了系统对高频周期信号的采集能力。
　　 论文以数字荧光示波器为研究对象，研究分析了等效采样技术在该系统的应用，重点讨论了随机采样技术的实现方法。论文的组织结构如下：
　　 首先，讨论了等效采样技术的基本原理，对比了顺序采样和随机采样两种等效采样方式的优劣，分析了随机采样技术实现的重点和难点，并提出了在数字荧光示波器中实现随机采样技术的基本方案，给出了随机采样模块的原理框图。
　　 其次，针对随机采样技术的两个核心部分：时间测量电路与波形重组电路，分别重点分析了其工作原理，详细讨论了各自的实现方案，对给出的实现方案进行了模拟和仿真，并对最终实际完成的硬件电路进行了测试。
　　 随后，将随机采样模块加入数字荧光示波器整机中进行联合调试，在完成了模块外部交互接口的设计与调试后，对随机采样模块实际运行性能进行了分析和测试，并给出了其实际运行的效果图。
　　 最后，本文对所做研究工作进行了总结，并针对现有随机采样技术提出了可以进一步优化的内容。