一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法

摘要

本发明提供了一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法，通过与现有的等间隔获取校准样点的方法相配合，利用线性扫频方式获取频率响应曲线，对频率响应曲线进行密集抽样，获得各个极值点，这些点为校准频点必选点，之后在极值点内插入部分非极值点，得到的校准样本频点点数与等间隔校准样点的个数相同，所以在时间复杂度上与原有技术相比并没有增加，而且保证没有遗漏频响曲线的“关键点”，不仅实现幅度校准的全自动操作，而且提高了幅度校准的精度。本发明在不增加时间复杂度的前提下很大程度提高了校准数据的精确度，尤其适用于模拟通道不理想，幅度平坦度不够好的任意波形发生器电路。

说明书

技术领域

本发明涉及任意波形发生器幅度校准领域，具体涉及一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法。

背景技术

任意波形发生器是一种可编辑的多功能信号发生装置，它能产生如正弦、方波、脉冲波等规则波形，也可以产生心电图、多音频、高斯脉冲等特殊应用波形，可应用于集成电路测试、复杂电磁环境搭建、卫星导航通信测试等多种领域。

任意波形发生器具有较高的工作带宽性能、较宽的动态输出范围和较高的控制精度需求，对信号模拟通道的设计提出了极高的要求。在硬件电路相对固定的情况下，设计一个高效可靠的校准方案也将极大提高任意波形发生器输出幅度的精确度。

校准方案的时间复杂度取决于两个因素：(1)硬件电路可控放大器、衰减器个数；(2)工作带宽内选取的校准样点数量。

任意波形发生器输出端通过射频同轴电缆连接接收机的输入端，后端通过LAN、GPIB或者串口连接接收机的相应接口。启动校准时，任意波形发生器通过接口向接收机发送建立连接消息并等待接收机反馈，连接建立成功后任意波形发生器通过调节放大器和衰减器实现通道状态切换，通过电路微调控制器调节信号输出幅度。当通道状态变化或者微调控制器变化时，任意波形发生器通过接口读取接收机的测量数据，并存储为文件以备调用。

常用的校准方法是在仪器端预置校准样点频点f₀、f₁……f_n-1和幅度点(简称幅点)V₀、V₁……V_m-1。频点和幅点采用等间隔选取，即f_k2-f_k1＝(k₂-k₁)×BW/n，Vk₂-Vk₁＝(k₂-k₁)×V_pp/m，BW表示仪器的工作带宽，V_pp表示输出峰峰值。假设电路微调控制器的可调节范围为D₀～D_q-1共q个档位。

通常校准过程如下：

(1)切换通道状态为CH_x，设置输出频率为校准样点频点；

(2)改变微调控制器的档位为D_t(0≤t≤q)，读回取此时接收机的测量值DV_t；

(3)若|DV_t-V_y|≤误差阈值(0≤y≤m)，即误差绝对值小于预设误差阈值，记录此时的微调控制量DV_t，设置该数据有效标识；

(4)遍历所有的通道状态以及校准样本频点，存储所有对应的DV_t。

其数据存储结构如图1所示：

最后一列是标识符，如果为0表示误差大于阈值，不能作为有效校准数据；如果为1表示误差在阈值范围内，校准数据有效。

常用的校准方法在校准频点的选取上采用人工预置定义的方法，且所有任意波形发生器选取的频点是一样的，没有考虑到硬件电路个体的差异性，也没有考虑到频响曲线的不平坦性对校准频点选取的影响。

当频响曲线比较平坦，或者呈现完整线性时，采用等间隔校准频点误差很小接近实际频响曲线。若频响曲线有较多凹凸的“坑”或者“鼓包”，采用等间隔校准可能回漏掉某些关键点，造成较大的误差。如图2所示，左半部分是实际扫频得到的频响曲线，右上部分是采用等间隔校准频点连接的频响曲线，右下部分阴影面积反映了实际频响曲线与等间隔校准频点频响曲线的误差大小。

在模拟通道固定的情况下，如何在选取较少的校准频点的同时又能满足任意波形发生器控制精度的要求将是本发明所要解决的问题。

发明内容

针对现有的任意波形发生器等间隔校准频点时，存在的遗漏“关键点”问题，本发明提供了一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法，通过首先获取频响曲线极值点的方式，保证不遗漏频响曲线关键点，提高了幅度校准的精度。

本发明采用以下的技术方案：

一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法，与现有的等间隔获取校准样点的方法相配合，包括以下步骤：

步骤1：任意波形发生器输出端通过射频同轴电缆连接频谱仪的输入端，任意波形发生器后端通过LAN、GPIB或者串口连接频谱仪的相应接口；

步骤2：任意波形发生器执行线性扫频，频谱仪最大保持频响曲线，通过LAN、GPIB或串口读取频响数据，获得频率响应曲线；

步骤3：从频率响应曲线中，通过密集抽样获取数值上由小到大的n₁个极值频点f₀、f₁……f_n1-1，组成极值频点数组；

步骤4：将带宽起始f_start和终止频点f_stop插入极值频点数组，形成[f_start、f₀、f₁、……f_n1-1、f_stop]共n₁+2个校准频点；

等间隔获取校准样点的方法得到校准样点的个数为n，需要在n₁+2个校准频点中插入n-n₁-2个中间校准样点，获得完整的n个校准样点，插入操作步骤包括：

a、找出相邻的两个极值频点间距离最大的，即f_p-f_p-1中的最大值，Δf为原有的等间隔取校准样点的间隔大小，找出最大值后，最大值除以间隔大小，即(f_p-f_p-1)/Δf，得到的结果向下取整为Int；

b、若Int>1，则在f_p-1到f_p之间插入Int-1个校准样点，即f_p-1+Δf，f_p-1+2Δf……，f_p-1+(Int-1)Δf；

c、若Int≤1，在f_p-1到f_p之间插入1个校准样点，即(f_p-1+f_p)/2；

d、返回步骤a直到n-n₁-2个中间校准样点插入完毕；

步骤5：任意波形发生器启动校准线程，存储校准数据。

优选地，所述n大于n₁。

优选地，所述1≤p≤n₁+1。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的任意波形发生器幅度扫频估计校准方法，利用线性扫频方式获取频率响应曲线，对频率响应曲线进行密集抽样，获得各个极值点，这些点为校准频点必选点，之后在极值点内插入部分非极值点，得到的校准样本频点点数与等间隔校准样点的个数相同，所以在时间复杂度上与原有技术相比并没有增加，而且保证没有遗漏频响曲线的“关键点”，不仅实现幅度校准的全自动操作，而且提高了幅度校准的精度。

附图说明

图1为校准数据存储结构示图。

图2为频响曲线不平坦等间隔校准频点误差示图。

图3为频响曲线密集抽样示图。

图4为任意波形发生器幅度扫频估计校准方法误差分析图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图3和图4，一种任意波形发生器幅度扫频估计校准方法，与现有的等间隔获取校准样点的方法相配合，包括以下步骤：

步骤1：任意波形发生器输出端通过射频同轴电缆连接频谱仪的输入端，任意波形发生器后端通过LAN、GPIB或者串口连接频谱仪的相应接口。

步骤2：任意波形发生器执行线性扫频，频谱仪最大保持频响曲线，通过LAN、GPIB或串口读取频响数据，获得频率响应曲线。

步骤3：从频率响应曲线中，通过密集抽样获取数值上由小到大的n₁个极值频点f₀、f₁……f_n1-1，组成极值频点数组。如图3所示。

步骤4：将带宽起始f_start和终止频点f_stop插入极值频点数组，形成[f_start、f₀、f₁、……f_n1-1、f_stop]共n₁+2个校准频点；

原有的等间隔获取校准样点的方法得到校准样点的个数为n，因此需要在n₁+2个校准频点中插入n-n₁-2个中间校准样点，获得完整的n个校准样点，插入操作步骤具体包括：

a、找出相邻的两个极值频点间距离最大的，即f_p-f_p-1中的最大值，Δf为原有的等间隔取校准样点的间隔大小，找出最大值后，最大值除以间隔大小，即(f_p-f_p-1)/Δf，得到的结果向下取整为Int；

b、若Int>1，则在f_p-1到f_p之间插入Int-1个校准样点，即f_p-1+Δf，f_p-1+2Δf……，f_p-1+(Int-1)Δf；

c、若Int≤1，在f_p-1到f_p之间插入1个校准样点，即(f_p-1+f_p)/2；

d、返回步骤a直到n-n₁-2个中间校准样点插入完毕。

步骤5：任意波形发生器启动校准线程，存储校准数据。

图4中的阴影面积明显远小于图2中的阴影面积，本发明在不增加时间复杂度的前提下很大程度提高了校准数据的精确度。

本发明采用先期扫频预估计极值点的方法在不增加校准样本频点的前提下，提高了校准数据的精确度，尤其适用于模拟通道不理想，幅度平坦度不够好的任意波形发生器电路。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。