一种基于宽带取样示波器的时域网络测量系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于宽带取样示波器的时域网络测量系统及方法，属于脉冲计量领域。本系统主要包括装有Agilent86117A模块(5)的Agilent86100A主机(2)、同时装有Agilent54754A模块(3)和Agilent86117A模块(4)的Agilent86100B主机(1)、被测器件(7)。Agilent86100A主机2的前面板触发输入端与Agilent54754A模块(3)连接，Agilent86100A主机2上的Agilent86117A模块(5)通过被测器件(8)与Agilent86117A模块(4)连接。该系统能够对带宽达到50GHz以上的被测器件8的特性进行测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于宽带取样示波器的时域网络测量系统及方法，本系统及方法用于对带宽达到50GHz以上的微波器件的传输特性的测量，属于脉冲计量领域。

背景技术

目前在时域内测量系统或器件传输特性的方法都是采用单位阶跃信号作为标准脉冲源，我国采用的信号源是FLUCK9500，测试带宽不超过20GHz。矢量网络分析仪的测量带宽虽然可以达到50GHz甚至更高，但矢量网络分析仪非常昂贵，这就限制了矢量网络分析仪的使用。

发明内容

本发明的目的在于克服如上所述的现有时域网络测量系统的不足，提供了一种基于宽带取样示波器的时域网络测量系统及方法，该系统充分开发了现有取样示波器的功能，实现对被测器件8的特性进行测量，带宽达到50GHz以上。

本发明所采用的技术方案，具体参见图2，本系统主要包括有Agilent86100A主机2、Agilent86100B主机1、被测器件8；其中，Agilent86100A主机2装有序列号为SERVS42400126的Agilent86117A模块5，Agilent86100B主机1同时装有Agilent54754A模块3和序列号为SERVS42400124的Agilent86117A模块4。Agilent86100A主机2的前面板的触发输入端通过3.5mm电缆与装在Agilent86100B主机1上的Agilent54754A模块3连接，Agilent86100A主机2上的Agilent86117A模块5通过被测器件8与Agilent86100B主机1上的Agilent86117A模块4连接；Agilent86100A主机2作为脉冲发生器，Agilent86100B主机1同时作为测量仪表和同步触发信号源，通过Agilent54754A模块3产生同步触发信号，使得Agilent86100A主机2和Agilent86100B主机1工作同步。

所述的被测器件8通过连接器件7连接于Agilent86100A主机2。

本发明的工作原理是：通过时域反射(TDR)Agilent54754A模块3产生同步触发信号，使得Agilent86100A主机2和Agilent86100B主机1工作同步。Agilent86100A主机2上的Agilent86117A模块5产生一个已知的脉冲，它的带宽为50GHz，这个脉冲将通过被测器件8以及连接器件7，被Agilent86100B主机1上的Agilent86117A模块4测量并采集。在用Agilent86100B主机1通过Agilent86117A模块4测量信号，Agilent86117A模块4的输入电路可以看成一个滤波器，Agilent86100B主机1上所显示的波形就是已知脉冲、被测器件8的特性、连接器件7与这个滤波器卷积的结果。由于Agilent86100B主机1的特性和连接器件7的特性是已知的，通过反卷积可以得到被测器件8的频域特性，即带宽，以及时域特性，即冲激响应，再对冲激响应积分得到上升时间。

在实际操作中，加进一个连接器件7，是为了使得被测器件8可以与示波器模块相连接，因此在数据处理时，测量的结果还要与连接器件7的特性进行反卷积。

利用该系统对被测器件8的特性进行测量的方法，具体测量方法如下：

时域反射模块Agilent54754A3产生同步触发信号，使得Agilent86100A主机2和Agilent86100B主机1工作同步，Agilent86100A主机2上的Agilent86117A模块5产生一个已知的脉冲，这个脉冲带宽为50GHz，它将通过被测器件8，被主机Agilent86100B1上的Agilent86117A模块4测量并采集，具体采集过程如下：

i)设置Agilent86100A主机(2)的偏置电压为正值，再设置Agilent86100B主机(1)的平均采样次数，采样完成后保存数值y+(n)，设置Agilent86100A主机(2)为不平均；

ii)设置Agilent86100A主机(2)的偏置电压为负值，再设置Agilent86100B主机(1)的平均采样次数，采样完成后保存数值y-(n)，设置示波器为不平均；

iii)正、负偏置下的波形y₊(n)、y_-(n)，其中，“+”和“-”代表正负偏置下的测量结果，对两次测量正、负偏置下的波形进行平均处理来去除选通脉冲泄漏以及电路不完全平衡造成的影响，得到y(n)。

对采样结果y(n)进行数据处理，处理过程如下

测量数据表示为：

y(n)＝k(n)*h_c(n)*h_DUT(n)*h(n)                        ①

其中，y(n)为测量中Agilent86100B主机1上显示的波形，k(n)为Agilent86100A主机2上的Agilent 86117A模块5产生的已知脉冲，h_c(n)为连接器件7的传输特性，对于没有连接器件7的情况，可以把h_c(n)理想化，即频域中各点都是1，时域中是理想冲激信号。h_DUT(n)为待测器件，h(n)为Agilent86117A模块4的特性。①式中，只有h_DUT(n)为未知。

对①式分别进行离散付氏变换，可以得到

Y(k)＝K(k)·H_c(k)·H_DUT(k)·H(k)                     ②

将②与K(k)、H(k)和H_c(k)为相除，可以得到

$>\frac{}{}$

通过对H_DUT(k)求逆付氏变换得到其冲激响应，对冲激响应求积分得到其，通过阶跃响应可以求出其上升时间(上升时间为脉冲幅度由10％上升到90％的时间)。对H_DUT(k)求模得到转接头的带宽。

该系统充分开发了现有取样示波器的功能，实现对被测器件8的特性进行测量，带宽达到50GHz以上。

附图说明

图1本发明系统连接框图1(没有被测器件)

图2本发明系统连接框图2(有被测器件)

图3测量波形图

图4被测器件的冲激响应

图5被测器件的阶跃响应

图6被测器件的幅频特性

图7数据采集流程图

图8数据处理流程图

图中：1、Agilent86100B主机，2、Agilent86100A主机，3、Agilent54754A模块  4、Agilent86117A模块(SERVS42400124)，5、Agilent86117A模块(SERVS42400126)，6、TDR3.5mm cable，7、连接器件，8、被测器件。

具体实施方式

本发明的具体实施方式参见图1～图7。本例中的系统主要包括有Agilent86100A主机2和Agilent86100B主机1，连接器件7为2.4双阴转接头，编号为17172，被测器件8为2.4阴转阳转接头，编号为17979，其中，Agilent86100A主机2装有序列号为SERVS42400126的Agilent86117A模块5，Agilent86100B主机1同时装有Agilent54754A模块3和序列号为SERVS42400124的Agilent86117A模块4。Agilent86100A主机2的前面板触发输入端通过3.5mm电缆与装在Agilent86100B主机1上的Agilent54754A模块3连接，Agilent86117A模块5通过2.4双阴转接头(即连接器件7)以及被测器件8与Agilent86100B主机1的Agilent86117A模块4连接。

在本实施例中，连接器件7可以与Agilent86117A模块4和Agilent86117A模块5直接相连，所以为了提高准确性，本实施例进行两次测量，即第一次测量不接入被测器件8(图1)，第二次测量在图1的基础上，级联了被测器件8(图2)。图1所示为第一次测量，在第一次测量中只连接了连接器件7即2.4mm双阴的转接头，编号为17172)；图2在图1的基础上，级联了被测器件8，即2.4mm阴转阳转接头，编号为17979。

两图所示的两次测量的设置都是相同的，取样Agilent86100B主机1工作在TDR(时域反射计)模式，TDR设置为1.99kHz，水平灵敏度为100ps/div，延迟为70ns，取样点为1024。Agilent86100A主机1工作在示波器模式。Agilent86100A主机1的偏置电压为正负150mV，水平灵敏度为50μs/div，延迟为28ns，取样次数为16。按照前述步骤完成连接并设置参数，可以在Agilent86100B主机1得到测量波形，见图3。

本实施例的数据采集过程为：对图3所示的波形进行数据的采集，在两次测量的当中采集的过程完全相同。过程是：偏置设置为+150mV，采样时，要设置示波器采样平均次数，本次测量的平均次数为16次，平均完成后，保存数据。设置为不平均。偏置改为-150mV，重复上述步骤。正负150mV交替使用，进行5次，具体数据采集过程见图7。

求解被测器件8的特性如下：两次测量方程分别为：

y_a(n)＝k(n)*h_c(n)*h(n)                            (4)和

y_b(n)＝k(n)*h_c(n)*h_DUT(n)*h(n)                    (5)

其中，y_a(n)和y_b(n)分别为两次测量当中Agilent86100B主机1上显示的波形，y_a(n)是按图1连接时的测量结果，y_b(n)是按图2连接时的测量结果，k(n)为Agilent86100A主机2上的Agilent86117A模块5产生的已知脉冲，h_c(n)为2.4mm双阴转接头的传输特性。h_DUT(n)为2.4mm阴转阳转接头的传输特性，h(n)为Agilent86117A模块4的特性。对(4)、(5)式分别进行离散付氏变换，可以得到

Y_a(k)＝K(k)·H_c(k)·H(k)                          (6)

Y_b(k)＝K(k)·H_c(k)·H_DUT(k)·H(k)                 (7)在(6)、(7)两式中，(7)式相当于上面(3)式中的分子部分，(6)式相当于上面(3)式中的分母部分。将(6)、(7)式相除，可以得到

$>\frac{}{}$

通过对H_DUT(k)求逆付氏变换得到其冲激响应，如图4所示，对冲激响应求积分得到其阶跃响应，进而可以求出其上升时间(上升时间为脉冲幅度由10％上升到90％的时间)，如图5所示。对H_DUT(k)求模得到2.4阴转阳转接头的带宽，如图6所示。

为了减小测量数据y_a(n)和y_b(n)的误差，在上述处理前，对数据还采用PDF反卷积法去除时基抖动的影响。通过对偏置电压分别取正、负值，得到正、负偏置下的测量结果，它们分别是y_a+(n)、y_a-(n)、y_b+(n)和y_b-(n)，上面四个符号的下标“a”和“b”代表图1和图2的两次测量，“+”和“-”代表正负偏置下的测量结果。对两次测量正、负偏置下的波形进行平均处理来去除选通脉冲泄漏以及电路不完全平衡造成的影响。得到y_a(n)和y_b(n)。

经过上述处理，可以得到被测器件8的频域特性及冲激响应，再经过积分可以得到它的阶跃响应以及上升时间。具体过程见图8。

按照上述方法得到的测量结果如图4，图5和图6。