四通道数字三维示波器存储系统的硬件设计

摘要

数字示波器作为重要的测试仪器，其优越的性能指标越来越得到开发工程师们的重视。随着时域测试信号越来越复杂多样，用户对示波器通道数、采样率、捕获率、以及存储与分析能力提出了更加严格的要求。本文以四通道数字三维示波器为硬件平台，研究设计了四通道存储系统及其关键技术。
　　本课题中四通道数字三维示波器存储系统设计要求为：单通道为4GSa/s采样模式时，对应最大存储深度为140Mpts，双通道为2GSa/s采样模式时，对应最大存储深度为70Mpts，波形捕获率超过200,000wfms/s，录制帧数超过100,000帧等。本文主要设计了普通存储、深存储、快速采集多种存储方式，研究了分段存储、硬件实时波形录制多种存储应用功能，从而使存储系统功能更加齐全，性能更加完善。具体主要内容如下：
　　1、设计并实现了四通道高速数据深存储功能。设计中采用多片DDR2颗粒同步并行存储，研究设计了多种关键技术保证存储性能的提升：分区交替存储技术解决了数据更新可能产生的波形不连续及更新速度慢的问题；可变存储深度技术实现了存储深度可调，使深存储下也能具备较高的波形刷新速率，提高了系统响应速度。
　　2、设计了存储系统辅助模块：数字触发模块与高分辨率采集模块。在高速并行采集存储系统中，传统的模拟触发只能实现串行数据触发位置的定位，而硬件电路找触发点速度又比较慢。数字触发很好的弥补了两者的不足，能够实现对并行数据中触发点位置快速、精确的定位。高分辨率采集模块增加了数据存储前/后的处理方式，能有效的滤除采集信号中的噪声成份，提高采集系统有效位数。
　　3、研究设计了基于深存储的分段存储与硬件实时波形录制功能。分段存储技术有效提高了深存储下波形捕获率，能实现对异常信号的细节捕获并快速定位分析。硬件实时波形录制技术具有：录制容量大、速度快、录制波形未经存储后处理等优点，能有效的提高对实时波形的检索速率与分析效率。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外存储系统研究现状

1.3本课题选取意义与任务

第二章 四通道数字三维示波器存储系统总体设计

2.1数字三维示波器存储系统的基本原理

2.2四通道数字三维示波器存储系统硬件总体设计

2.3存储系统主要芯片选型

2.4本章小结

第三章 四通道高速数据深存储设计

3.1四通道高速数据深存储总体硬件设计

3.2 DDR2 SDRAM的介绍

3.3 FPGA中存储控制模块的设计与实现

3.4深存储中关键技术的研究与设计

3.5本章小结

第四章 存储系统辅助模块设计

4.1数字触发模块的设计

4.2高分辨率采集模块的设计

4.3本章小结

第五章 其他存储功能模块研究与设计

5.1分段存储功能的研究与设计

5.2硬件实时波形录制功能的研究与设计

5.3本章小结

第六章 系统调试及验证

6.1系统调试中问题及解决

6.2系统性能指标验证

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1课题结论

7.2课题展望

致谢

参考文献

附录

攻硕期间取得的研究成果