题目要求的200MSa/s的等效采样率，分析可得△t<=5ns。

　　我们在实现等效采样时采用顺序等效采样，用具有时序的宽度极窄的采样脉冲在被测信号各周期不同相位逐次进行采样， 采样脉冲相对信号起点来讲依次延时0、△ t、2△ t、3△ t⋯ ～ n△ t时间， 如果原信号周期为T，步进延迟时间为△ t， 把被测高频周期信号变为相似的低频信号重现。以被测信号被整形后的脉冲信号作为触发事件，每到来一个新的触发事件就采集一个采样点。波形记录中有多少个存储位置就需要多少个触发事件。

　　3.2 垂直灵敏度

　　题目要求垂直分辨率为8bits，数字示波器的垂直分辨率是以A/D转换器的比特数来确定的，我们采用的是MAXIM公司生产的8位1Msps采样速率MAX118，满足题目的要求。题目要求垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档，并增加2mV/div档。显示屏的刻度为8 div×10div。在1 V/div档下，输入信号Vpp最大为8V，A/D转换器输入信号范围为Vpp值5V，故该通道放大倍数为5/8=0.625倍，其他档位同理。三档垂直灵敏度所对应的三个通道放大倍数如下表所示

　　表1 各通道放大倍数 垂直灵敏度(mv/div) 2 100 1000 放大倍数 312.5 6.25 0.625 3.3 扫描速度

　　扫描速度表征示波器能够展宽被测信号波形的能力。扫描速度定义为：单位实际内光点在屏幕水平方向移动的距离。扫描速度与该通道采样速率由如(1)式关系，取样率越高,这说明其捕捉信号的能力越强。公式如下：

　　f = 每格的取样数(N)/ 扫描速度(t/div) (1)

　　本设计中设定扫描速度从100ns到100ms ,共有七个挡,覆盖了题目的3个挡的要求，根据上面公式，可以计算出对应的采样率如下表2所示：

　　表2 各水平扫描速度档对应的采样率 扫扫描描S 100ns 400ns 2μs 40μs 400μs 20ms 100ms 采样率fs 200MHz 50MHz 10M Hz 500KHz 50KHz 1000Hz 200Hz 4主要功能电路的设计

　　4.1. 输入阻抗匹配及程控放大电路

设计要求仪器输入阻抗为1M，输入信号频率范围为10Hz~10MHz，输入信号幅值范围为16mv～8V，故采用宽带高摆率电流反馈型运放AD811，电路接成射随的形式，-3db带宽为140MHz，AD811同相输入端输入阻抗为1.5MW，故在其同相端对地并上一个3 MW电阻，则=3//1.5 MW=1 MW,满足设计要求。后级程控放大器采用继电器选择3个不同的通道，从而实现三档不同的垂直分辨率。各通道放大器均选用宽带高速运放，放大倍数见表1。第三通道用于放大16mv小信号，放大倍数为320倍，故前级采用宽带高共模抑制比的运放OPA637，以提高信号信噪比。具体电路如图2所示。

　　图2 阻抗匹配及程控放大电路

　　4.2. 测频整形电路

　　如图3为测频前级信号处理电路，由于受到比较器的性能限制，我们高频段500KHz以上采用高速比较器MAX913进行整形，低频段500KHz以下采用低速比较器LM311进行整形。为提高输入MAX913信号的信噪比，在其前级加一级无限增益放大，采用高摆率运算放大器LM7171，放大倍数为50倍，这样可减小MAX913输出脉冲边沿的抖动。比较器输出均经过施密特触发器整形后送入FPGA进行等精度测频，这样可使脉冲边沿更加陡峭。

　　图3 测频整形电路

　　4.3. 采样保持电路

　　采样保持电路如图4所示，前级和后级MAX477均构成电压跟随器，TS12A4515为单通道模拟开关，采样时，logic=0，模拟开关闭合，故V1=V2=V3，同时V2很快对C1充电，因运放输出阻抗很小，故充电很快完成。采样结束时logic=1，模拟开关断开，由于V2无放电回路，其上电压值基本不变，故使V3值得以保存，即将采样所得结果保持下来。

　　图4 采样保持电路

　　5系统软件的设计

　　5.1.系统软件流程图

　　图5 系统软件流程图

　　5.2.波形存储与调出

　　当按下存储键时，在FPGA中将当前波形显示RAM中的波形数据转存入另外一个波形存储RAM，当需要回放时，将该波形数据读出送至列扫描电路即可。

　　5.3.单次触发

　　当按下单次触发键时，即搜寻是否满足触发条件，当触发条件满足时，采样数据写入双口RAM一次，并一直将该RAM中数据读出送至列扫描电路进行显示，这样得到稳定的单次触发的波形。

　　6测试数据与分析

　　6.1.使用仪器及型号

　　PC机：清华同方P1.7G,512M SG1733SB直流稳压电源

　　泰克TDS1002双踪示波器 E51/S伟福仿真机

　　20M模拟示波器 Agilent 33120A 信号源

　　SP1461数字合成高频信号发生器

　　6.2.测试方案

　　将系统行列扫描输出端分别与模拟示波器X轴与Y轴输入端相连，将被测信号连接到系统输入端，将电源与系统相连，打开电源，预热系统两分钟，开始测试系统。测试主要内容包括：垂直灵敏度和水平扫描速度测试，信号幅值和周期测试。

　　6.3.数据结果记录

　　1)垂直灵敏度测试

　　表3-1 1V/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=4V) V实测 误差 10Hz 3.988 0.3% 1KHz 3.985 0.32% 100KHz 3.880 0.34% 1MHz 3.810 0.40% 10MHz 3.725 0.5%

　　表3-2 0.1V/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=0.4V) V实测 误差 10Hz 0.399 0.02 1KHz 0.386 0.32 100KHz 0.386 0.32 1MHz 0.380 0.4 10MHz 0.370 0.75

　　表3-3 20mV/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=8mV) V实测 10Hz 7.865 1KHz 7.845 100KHz 7.654 1MHz 6.802 10MHz 6.513 2) 水平扫描速度测试

　　表4-1 20ms/div 表4-2 2μs /div

　　Fin(HZ) T实测 50 19.996ms 100 9.995 200 5.001 Fin T实测 50KHz 20.001μs 100KHz 10.001μs 200KHz 5.001μs

　　表4-3 100ns/div Fin T实测 1MHz 1μs 5MHz 200ns 10MHz 100ns

3)波形失真程度记录 水 平 垂 直 20ms/div 2μs /div 100ns/div 2mv/div 无失真 无失真 失真 0.1v/div 无失真 无失真 无失真 1v/div 无失真 无失真 无失真 4)在2mv/div档输入短路时系统输出噪声测量

　　小于2mv，符合题目要求。

　　6.4.测试结果分析

　　系统电压测量误差主要来源于前级信号调理电路，被测信号是宽带宽，高动态范围的信号，对前级放大器要求很高，主要是由于运放在通带内幅频特性不平坦，以及运放级间耦合匹配以及串扰。系统频率测量的误差来源于等精度测频中对频标计数的±1误差，另外在对高频小信号进行放大整形时由于其信噪比很低，引起比较器边沿抖动及工作不稳定，从而导致在2mv/div档时测频精度有所下降。

 2/3   首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页