取样示波器等效采样系统设计与实现

摘要

随着电子科学技术的迅猛发展,电子信号传输的复杂性和多样性的特征愈加明显,对这些信号的测量的要求也越来越高。取样示波器作为一种测量高速信号的仪器,利用其独特的采样结构,采用等效采样的原理,能够达到普通实时示波器的十倍以上采样率和系统带宽。
　　本论文所设计的取样示波器等效采样系统依托同样采用等效采样原理进行采样的特性阻抗分析仪平台。由于现有平台无法进行多通道测量,因此重新设计了多通道采集电路和差分处理电路。由于现有电路没有对信号进行滤波,因此有必要增加滤波电路。为了增加偏置处理和增益处理这两项功能,设计了DAC来实现可由 FPGA控制的偏置电路和增益电路。重新设计了系统的时钟电路,提供了更稳定的时钟信号。在此基础上,通过编写FPGA控制程序来实现基于“粗延时+细延时”的等效采样功能、平均测量功能、多通道测量功能、差分测量功能、可调偏置功能以及可变增益功能。
　　最终取样示波器等效采样系统实现了顺序等效采样。采用100GSPS的等效采样率对100MHz正弦波采样, SNR达到了64.68dB,实现了对高速信号的采样。双通道测试时数据一致性得到改善,新加的平均测量功能、多通道测量功能、差分测量功能、可调偏置功能以及可变增益功能也得到实现。测试中, AD9251对100KHz,400mVp-p正弦波信号进行采集,信噪比SNR达到了70.16dB,总谐波失真THD为-74dB,成功实现了数据采集。当前所设计的等效采样系统的硬件平台和程序已经在最新的特性阻抗测试中得到应用。

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第一章 绪论

1. 1 研究背景

1. 2 取样示波器数据采集概述

1. 3 研究内容及论文安排

第二章 取样示波器等效采样技术基础

2. 1 信号采样基础理论

2. 2 信号采样方式

2. 3 本章小结

第三章 取样示波器等效采样系统方案设计

3. 1 等效采样系统总体方案设计

3. 2 等效采样系统硬件方案

3. 3 等效采样系统程序方案

3. 4 本章小结

第四章 取样示波器等效采样系统电路设计

4. 1 采样硬件系统设计

4. 2 采样电路硬件设计

4. 3 步进延时电路设计

4. 4 本章小结

第五章 取样示波器等效采样系统程序设计

5. 1 程序载体FP GA简介

5. 2 等效采样逻辑控制流程

5. 3 本章小结

第六章 测试结果

6. 1 测试方案

6. 2 本章小结

第七章 全文总结与展望

7. 1全文总结

7. 2 后续工作展望

致谢

参考文献