【摘要】：數(shù)字化儀能夠?qū)⒛M信號數(shù)字化,并對采集到的數(shù)字信息進行數(shù)字信號處理,是時域和頻域測試中應(yīng)用廣泛的測試儀器之一。LXI集中了GPIB的易用性、VXI的高性能和小尺寸以及以太網(wǎng)的靈活性和高吞吐能力,便于組建網(wǎng)絡(luò)化、分布式的自動測試系統(tǒng)。因此研制LXI數(shù)字化儀具有重要的現(xiàn)實意義。本課題研究設(shè)計的高精度LXI雙通道數(shù)字化儀達到了100MS/s最大采樣率;輸入頻率為1kHz以下時的系統(tǒng)精度誤差為0.03%。適合應(yīng)用在數(shù)字萬用表的采樣率或示波器的分辨率不能滿足測試要求的場合。本課題研究的具體內(nèi)容如下:(1)數(shù)字化儀硬件總體方案。圍繞數(shù)字化儀的硬件系統(tǒng)設(shè)計展開研究,介紹了LXI數(shù)字化儀的各個組成部分,說明了關(guān)鍵電路在實現(xiàn)課題指標中起到的重要作用。(2)硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)。闡述了模擬前端的組成結(jié)構(gòu),詳細分析了一種低噪聲的信號調(diào)理通道。并通過電路測試和噪聲模型分析的方式,評估了信號調(diào)理通道的抗干擾性能。同時在建立線性校準模型的基礎(chǔ)上分析了偏置誤差與增益誤差的校準方法,給出了一種雙通道多檔位的硬件自校準方案。(3)時鐘抖動分析與順序等效采樣電路設(shè)計。在論述抖動的產(chǎn)生、定義與分類等相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,研究了等效采樣中的時鐘非均勻性。采用相位延遲的方法,實現(xiàn)了低抖動的延時,給出了一種順序等效采樣在高分辨率采樣系統(tǒng)中的應(yīng)用方案,并提出了通過時間間隔測量進一步減小順序等效采樣時鐘非均勻性的方法。通過對各個功能模塊的調(diào)試和整機系統(tǒng)性能的測試,本課題設(shè)計的雙通道數(shù)字化儀的采樣率、模擬帶寬以及精度等主要指標基本達到設(shè)計要求,其低抖動順序等效采樣方案和硬件自校準方法保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM935.3
【圖文】：

圖 2-3 外部模擬觸發(fā)示意圖觸發(fā)模式有連續(xù)采集模式與正常觸發(fā)模式。在連續(xù)采集模式中，硬件系統(tǒng)將屏蔽通道觸發(fā)功能，數(shù)據(jù)采集的開始與結(jié)束均由軟件控制，在軟件中止采集前，采樣系統(tǒng)都將不斷的進行采集，此時硬件系統(tǒng)的實時采樣率約為 1.67MS/s。采集過程中 ARM 將采集到的數(shù)據(jù)暫存在 512MB 內(nèi)存中，采集結(jié)束后再將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)通過千兆以太網(wǎng)上傳到上位機，傳送過程中 ARM 將采用千兆以太網(wǎng)中的 DMA 傳輸模式。正常觸發(fā)模式在觸發(fā)事件到來后開始采集工作，當滿足觸發(fā)條件的信號不斷出現(xiàn)的時候，硬件系統(tǒng)不斷進行數(shù)據(jù)采集；沒有滿足觸發(fā)條件的時候軟件仍然顯示上次觸發(fā)的信號波形。此時硬件系統(tǒng)可通過軟件配置為 1.67MS/s 實時采樣率和100MS/s 等效采樣率。該模式下 FPGA 將獲得的數(shù)據(jù)暫存在異步 FIFO 中，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C定義的緩沖區(qū)中。軟件可以設(shè)置硬件進行兩通道同步采集模式或者單通道采集模式。兩個觸發(fā)通道使用的同一觸發(fā)電平，這使得數(shù)字化儀兩通道采集時觸發(fā)事件可以是同步的。

電子科技大學碩士學位論文減倍數(shù)將隨著輸入電壓幅值的改變而改變，如果其放大倍數(shù)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計算輸入電壓值時將會引入增益誤差。其放大倍數(shù)線性度的不僅僅是輸入幅值，隨著模擬輸入信號頻會發(fā)生變化，且這種增益的變化隨著輸入頻率的增加而越來越D603 配置在-10dB 至 30dB 模式時的最大帶寬有 90MHz，但 時，增益就發(fā)生了較為明顯的變化，如圖 3-1 是 AD603 配置時多個頻率下的增益誤差與增益電壓的關(guān)系。壓控增益放大外部 DAC 提供，故由 DAC 的輸出噪聲引起的誤差和由 DAC 的誤差均會導(dǎo)致放大倍數(shù)的非線性。

第三章 數(shù)字化儀硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)放大器的輸出噪聲中包含電壓噪聲、電流噪聲、電阻熱噪聲和參考源噪聲，其中對總噪聲貢獻最大的是電壓噪聲，占比均超過 50%，其次就是電阻熱噪聲，而電流噪聲對總噪聲的貢獻可忽略不計。計算后得到的 ADA4932 信噪比是 80dB；有效位數(shù)是 13bits；全功率帶寬為 160MHz。

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本文編號：2796116