基于等效伪差分的特性阻抗测试技术与实现

摘要

时域反射计（TDR）是根据时域反射原理设计的测试仪器。时域反射原理是指信号在传播路径上遇到不连续点就会产生反射信号返回源端，根据源端采集的信号就能得知不连续点的相关信息。随着数字电路中时钟和数据频率的不断提高，PCB的信号完整性问题越来越突出。而由于TDR测试的准确性、直观性和丰富性，成为现PCB特性阻抗测试领域中主要的测试仪器。
　　由于差分信号的优势，在数字电路设计中愈来愈多地采用差分线的设计。这对TDR特性阻抗测试仪又提出了更高的要求。现阶段，TDR仪器基本为国外产品，国内对于TDR特性阻抗测试仪的研究还处于初始阶段。在国内对具有单端和差分完整特性阻抗测试功能的TDR仪器迫切需求的背景下，本文在TDR测试仪单端设计的基础上介绍了差分特性阻抗测试仪的设计原理和实现。
　　首先，本文介绍了特性阻抗分析仪研究的意义和背景，以及在传输线理论基础上介绍了时域反射计的原理。提出了TDR设计指标和本系统中硬件总体设计方案，完成了对系统总体框架的介绍。
　　其次，介绍了系统中数据采集模块的设计。在分析模数转换中各种采样方法后，采用基于顺序等效采样的方法完成ADC系统的设计。实现了利用较低采样速率对高带宽信号的采集和重构。并对ADC系统进行测试，对信噪比SNR和信号与噪声谐波失真比SINAD进行了参数评估。
　　然后，介绍了差分测试的基本测量方法，本文提出等效伪差分测量方法。该方法采用单脉冲源和单取样门的设计完成对差分特性阻抗的测量，在保证测量准确度的前提下简化了硬件设计。分析了等效伪差分方法的原理、影响因素。提出了基于多重反射算法的等效伪差分具体计算公式和具体实现。并验证了该差分测试方法的正确性。同时在单端校准的基础上介绍了差分校准方法和校准步骤。
　　最后，介绍了FPGA具体设计过程。包括具体电路设计，控制程序设计以及作为数据预处理方法的FIR数字滤波器设计方法。并给出了整机单端、差分测试效果和与polar测试仪的差分测试数据对比情况。

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第一章 引 言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状和趋势

1.3 本文内容

第二章 特性阻抗测试技术原理与方案设计

2.1 传输线理论分析

2.2 时域反射测量方法

2.3 总体设计方案

2.4 数字电路设计方案

2.5 本章小结

第三章 差分特性阻抗测试技术与校准方法

3.1 差分基本概念

3.2 差分阻抗测量方法

3.3 差分校准

3.4 本章小结

第四章 ADC数据采集系统设计

4.1 ADC工作原理

4.2 采样方法设计

4.3 ADC电路设计

4.4 ADC性能测试

4.5 本章小结

第五章 基于FPGA的控制和数据预处理系统设计

5.1 电路设计

5.2 FPGA逻辑控制模块设计

5.3 基于FPGA的FIR设计

5.4 整机测试结果

5.5 本章小结

第六章 总 结

致谢

参考文献

研究生期间的研究成果