取样示波器等效采样系统设计与实现1

【取样示波器等效采样系统设计与实现】 取样示波器是一种用于测量高速电子信号的精密仪器，其核心在于等效采样技术。等效采样原理是根据奈奎斯特定理的扩展，它允许示波器以低于信号最高频率的采样率进行采样，但仍能准确重构信号。这种技术的关键在于利用高频率的采样脉冲与待测信号的相互作用，将信号在时间域内压缩，从而在较低的采样率下捕获信号的完整信息。 本文主要关注的是取样示波器等效采样系统的详细设计与实现过程。该系统基于一个采用等效采样原理的特性阻抗分析仪平台构建，但原有的单通道平台无法满足多通道测量的需求。因此，论文中详细介绍了如何设计一个多通道采集电路，以支持同时测量多个信号通道。此外，考虑到信号的完整性，还设计了差分处理电路，以减小共模噪声的影响。 为了改善信号质量，论文提到了增加滤波电路的必要性。滤波电路可以去除信号中的高频噪声，提高信噪比（SNR），确保测量结果的准确性。此外，论文中还提出了使用DAC（数模转换器）来实现可编程的偏置和增益调整，这样可以通过FPGA（现场可编程门阵列）控制，以适应不同信号特性的测量需求。 再者，系统的时钟电路被重新设计，以提供更稳定的时钟信号。稳定时钟对于等效采样至关重要，因为它直接影响到采样时刻的精确度，进而影响到信号的正确重建。 通过编写FPGA控制程序，实现了多种关键功能，包括“粗延时+细延时”的等效采样机制，以提高采样精度；平均测量功能，用于降低随机噪声的影响；多通道测量，用于同时监测多个信号源；差分测量，以增强信号的信噪比；以及可调偏置和可变增益功能，以适应不同幅度的输入信号。 在实际应用中，这个取样示波器等效采样系统成功地进行了100GSPS的等效采样，对100MHz的正弦波信号进行采样，SNR达到了64.68dB，显示了对高速信号的强大处理能力。在双通道测试中，数据一致性得到了显著提升，新引入的平均测量和多通道测量功能进一步增强了系统的性能和适用范围。 这篇论文深入探讨了取样示波器等效采样系统的设计和实现，涵盖了从理论到实践的多个层面，包括硬件电路设计、信号处理、FPGA编程等方面，对于理解和改进高速信号测量技术具有重要的参考价值。