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取样示波器等效采样系统设计与实现1

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摘要随着电子科学技术的迅猛发展，电子信号传输的复杂性和多样性的特征愈加明显，对这些信号的测量的要求也越来越高。取样示波器作为一种测量高速信号的仪器，利用其独特的

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电子科技大学

UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

专业学位硕士学位论文

MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE

论文题目取样示波器等效采样系统设计与实现

专业学位类别工程硕士

学号 201122250459

作者姓名张君禹

指导教师马旭飚研究员

分类号密级

UDC

注

学位论文

取样示波器等效采样系统设计与实现

（题名和副题名）

张君禹

（作者姓名）

指导教师马旭飚研究员

电子科技大学成都

（姓名、职称、单位名称）

申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士

工程领域名称电子与通信工程

提交论文日期 2014.05.20 论文答辩日期 2014.05.22

学位授予单位和日期电子科技大学 2014 年 6 月

答辩委员会主席

评阅人

注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE

EQUIVALENT SAMPLING SYSTEM OF

SAMPLING OSCILLOSCOPE

A Master Thesis Submitted to

University of Electronic Science and Technology of China

Major:

Electronics and Communication Engineer

Author:

Zhang Junyu

Advisor:

Ma Xubiao

School :

School of Aeronautics and Astronautics

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作

及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的

说明并表示谢意。

作者签名：日期：年月日

论文使用授权

本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文

的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，

允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全

部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）

作者签名：导师签名：

日期：年月日

摘要

随着电子科学技术的迅猛发展，电子信号传输的复杂性和多样性的特征愈加

明显，对这些信号的测量的要求也越来越高。取样示波器作为一种测量高速信号

的仪器，利用其独特的采样结构，采用等效采样的原理，能够达到普通实时示波

器的十倍以上采样率和系统带宽。

本论文所设计的取样示波器等效采样系统依托同样采用等效采样原理进行采

样的特性阻抗分析仪平台。由于现有平台无法进行多通道测量，因此重新设计了

多通道采集电路和差分处理电路。由于现有电路没有对信号进行滤波，因此有必

要增加滤波电路。为了增加偏置处理和增益处理这两项功能，设计了 DAC 来实现

可由 FPGA 控制的偏置电路和增益电路。重新设计了系统的时钟电路，提供了更

稳定的时钟信号。在此基础上，通过编写 FPGA 控制程序来实现基于“粗延时+细

延时”的等效采样功能、平均测量功能、多通道测量功能、差分测量功能、可调

偏置功能以及可变增益功能。

最终取样示波器等效采样系统实现了顺序等效采样。采用 100GSPS 的等效采

样率对 100MHz 正弦波采样，

SNR

达到了 64.68dB，实现了对高速信号的采样。双

通道测试时数据一致性得到改善，新加的平均测量功能、多通道测量功能、差分

测量功能、可调偏置功能以及可变增益功能也得到实现。测试中，AD9251 对

100KHz，400mV

p-p

正弦波信号进行采集，信噪比

SNR

达到了 70.16dB，总谐波失

真

THD

为-74dB，成功实现了数据采集。当前所设计的等效采样系统的硬件平台和

程序已经在最新的特性阻抗测试中得到应用。

关键词：取样示波器，等效采样，FPGA，多通道采集

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