高速数字存储示波器产品化设计的关键技术

论述了“100 MHz高速数字存储示波器”的关键技术,着重阐述了系统设计的概念和原理、基于低 速器件的高速数据采集技术、基于随机取样技术的等效采样技术的实现。其中,随机等效采样的实现采用高分辨 力测时扩展器,使等效采样率达到5 GSPS,时间测量分辨率达到200 ps,实现100 MHz(-3 dB)可重复信号的波形 重现,并给出了实际应用中重建的波形图。

高速数字存储示波器产品化设计的关键技术

叶  芃 ,陈世杰,张沁川 

(电子科技大学自动化工程学院 成都 610054)

【摘要】论述了“100 MHz高速数字存储示波器”的关键技术,着重阐述了系统设计的概念和原理、基于低速器件的高速数据采集技术、基于随机取样技术的等效采样技术的实现。其中,随机等效采样的实现采用高分辨力测时扩展器,使等效采样率达到5 GSPS,时间测量分辨率达到200 ps,实现100 MHz( 3 dB)可重复信号的波形重现,并给出了实际应用中重建的波形图。

关 键 词 数字存储示波器; 随机取样; 时间分辨率; 时间扩展器 中图分类号 TP274 文献标识码 A

Techniques in Product Design of High-Speed

Digital Storage Oscilloscope

YE Peng,CHEN Shi-jie,ZHANG Qin-chuan

(School of Automation Engineering, UEST of China Chengdu 610054)

Abstract The key techniques in the development of digital storage oscilloscope (DSO), a product type project taken by the authors, are discussed, of which the concept and the theory of the system design, the high-speed data acquisition technique based on the devices with lower operation speed, the equivalent sampling technique based on Random sampling are expatiated. The 200 ps time resolution and 5 GSPS equivalent sampling rate are gotten by using large-scale time expander, so the DSO can observe 100 MHz ( 3 dB) seasonal signal. The results of experiment and application are presented in the end.

Key words digital storage oscilloscope; random sampling; time resolution; time expander  

基于随机取样技术的数据采集系统具有很高的等效采样率和时间分辨率,与相同速率的实时采样系统相比,尽管它的单次带宽指标低,但其实现成本也很低。因此,基于随机取样技术的数据采集系统对低端数字存储示波器的产品化和产业化具有很大的吸引力。目前国内的数字存储示波器的研制和生产尚处于起步阶段,基于随机取样技术的数字存储示波器在一段时期内仍将成为低端数字存储示波器的主流产品。

1 系统设计方案

数字存储示波器的一个显著特点是能够对采集数据进行幅度、频率等各种时域参数实时运算,并且,采集的波形数据在液晶(Liquid Crystal Display, LCD)上显示刷新速率越高,波形再现的实时性就越好。采用一般的微处理器对波形数据进行处理、显示,很难达到理想的波形刷新速率。所以,采用(Digital Signal Processor, DSP)与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Anray)DSP+FPGA结构能充分利用DSP强大数据处理能力以及FPGA电路设计灵活、硬件资源丰富的特点,使总体结构简洁、高效和可靠。

系统总体方框如图1所示,图中,系统采用两片FPGA加一片DSP芯片结构[1, 2]。其中的一片FPGA实现数据采集控制,另一片实现LCD的显示控制和数据同步等功能。DSP读取、处理采集的数据后,将处理结果存收稿日期:2004 11 12

作者简介:叶 芃(1973 ),男,硕士,主要从事测试计量与仪器方面的研究.

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