高速数字存储示波器前端电路设计

高速数字存储示波器前端电路设计作者：张宇翔，王明利，吕运朋，郭敏，孙继如作者单位：郑州大学物理工程学院,河南,郑州,450001刊名：自动化仪表英文刊名：PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION年，卷(期)：2010，31(4)被引用次数：0次参考文献(7条)1.陈涪500MSPS实时取样数据采集与DSP应用技术设计研究20032.王彦彬数字存储示波器中300MHz模拟通道设计20083.张沁川数字存储示波器模拟系统设计20044.林虎Cadence环境下数字示波器信号调理电路仿真与实现研究20045.尹亮.周劼.姚军多片ADC并行采集系统的增益误差补偿2007(17)6.李云超高速高精度并行ADC系统设计与实现2008(20)7.王和国.张玉静.刘书明基于AD9516的高速四通道时间交叉采样时钟的设计2008(6)相似文献(10条)1.期刊论文胡斌强.苏绍璟.王跃科.HuBinqiang.SuShaojing.WangYueke手持宽带数字存储示波器的设计与实现-计算机测量与控制2006,14(10)针对野外作业和生产现场测试需要,提出了一种手持宽带存储数字示波器的设计与实现方案,采用可程控宽带信号调理技术实现了200MHz的信号模拟通道设计和高速触发模块设计;采用多通道并列技术实现了200MSps的实时采样,采用基于参量模型的等效采样技术实现了10GSPs的等效采样;采用多任务软件技术实现对系统的管理和人机交互.采用可充电的锂电池给系统供电实现了示波器的便携和在无交流电环境下的测试;测试证明,该手持宽带存储数字示波器具有良好性能和广阔的应用前景.2.学位论文张宝东光电测试系统中基于USB接口的数字存储示波器的研制2005本课题研制了基于USB接口的高速数字存储示波器，用以构建光电测试系统。作为计算机的外设，该系统也是一个独立的虚拟测试仪器。系统具有独立的双通道，每个通道都有完善的模拟信号调理能力和触发机制。实现了100MS/s的高速实时采样，特别是设计的欠采样方案，等效采样率更是高达100GS/s。系统可分为信号调理、数据采集、控制和接口几个主要模块。信号调理由衰减、放大、滤波、电平转移和单端转差分等电路组成，此外还有比较电路用以提供触发信号，这几部分电路配合保证了系统测试信号的适应能力，提高了测试精度。在数据采集模块中，选用了双通道10位120MHz的高速AD，保证了系统的采样精度和采样速度；通过将两个8位可编程延时芯片串联，将分辨率分别设置为2.5ns和10ps，实现了等效采样率3.2GS/s～100GS/s可调的欠采样，可以用来测试高速周期信号。在控制模块中，选用高性能的单片机作为系统的控制和通信核心。在计算机接口模块，采用了目前在计算机外设中普遍采用的、易于安装、扩展方便的USB接口技术，使得研制的设备具有即插即用和较高的数据传输速率等特点。系统将数字逻辑和数据存储一起设计在了一片高速大容量的FPGA内，大大提高了系统的集成度、可靠性和灵活性。采用VB设计了上层应用程序，用以控制设备和显示波形。存储的波形数据可以直接在编写的MATLAB程序里进行详细的频谱分析。本课题的主要特点有：第一、将USB接口技术与虚拟仪器结合，使得虚拟仪器和计算机的连接和使用更方便。第二、设计了较为完善的前端模拟信号调理电路，保证了本示波器对被测信号有很强的适应能力。第三、调理电路的低噪声和ADC的高精度，共同保证了系统具有较高的测量精度。第四、将两个延时芯片串联的设计，解决了欠采样技术的系列难题。第五、采用高性能、大规模可编程逻辑器件(FPGA)实现高速数据采集的逻辑控制和数据存储，提高了系统的集成度，确保了仪器的性能。3.学位论文王美刚基于声卡的虚拟示波器2006现代科技发展日新月异，计算机尤其如此。计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。虽然传统仪器已经得到迅猛的发展，仪器精度越来越高，功能越来越强，性能越来越好，但传统仪器基本上没有摆脱单独使用、手动操作的模式。传统台式仪器是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有固定的输入/输出接口和仪器操作面板。每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。我国高档台式仪器如数字示波器主要依赖进口，一方面这些仪器加工工艺复杂、制造水平要求高，生产突破有困难；另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供传统台式仪器所不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此，目前研制一种结构简单、操作方便、费用低的数字示波器是非常必要的。声卡A/D转换性能优越，技术成熟，配合LabVIEW强大的数据采集与处理功能，可以构建性价比相当高的数据采集系统。本文运用普通的计算机声卡代替商用数据采集卡，设计了一种双通道数字存储示波器。它具有16位的量化精度，最高采样频率为44KHz。该系统能够正确采集声卡设计频率范围内的信号。对1V以上的信号，能够通过设计的电路衰减到合适的范围；对微伏级别的信号，能放大直到示波器上看到清晰的信号。虚拟数字存储示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用，它将软件和虚拟仪器硬件紧密结合在一起，在公用计算机上虚拟地实现了示波器的各种功能，并进行了扩充。虚拟数字存储示波器系统由信号采集、信号处理和结果显示三大部分构成，但是除了信号采集部分是由硬件实现之外，其它两部分都是由软件实现。我们所设计的虚拟数字存储示波器总体上包括数据采集、波形运算、波形存储回放以及滤波等模块组成。它除了通用功能外，又具有普通示波器所没有的许多优点，如波形可以存储为数据文件，以便进行永久保存、随时调用数据，进行波形实时显示。成本低廉，功能可根据应用的需要不断加强。因而用声卡构建低成本的数据采集系统是切实可行的。4.会议论文师奕兵.李毅.王厚军.田书林.蒋薇手持式DSO的设计2002论述了一款手持式数字存储示波器的设计,此设计以现场可编程逻辑器件和高性能单片机为核心,辅以优化设计的信号调理电路和电源电路.重点阐述其信号采集、处理与系统控制模块和电源模块的设计原理及实现,同时对手持式DSO在人机界面、数据通信等方面的设计特点进行了论述.5.学位论文张涛数字存储示波器500MHz宽带模拟通道设计2009模拟通道是整个数字示波器最重要的组成部分之一，数字示波器模拟通道的带宽是评价示波器性能的主要指标。随着数字示波器的飞速发展，其模拟通道带宽成为制约其发展的瓶颈之一。因此，设计具有噪声更低、带宽更高、交直流特性更好的模拟通道是数字存储示波器研究的重要内容。本论文将介绍模拟带宽可达500MHz的数字存储示波器模拟通道的设计，本设计的主要任务为500MHz带宽模拟信号垂直调理通道的设计，为了满足设计任务，需要同时设计配合其工作的500MHz带宽的触发通道及通道控制电路，此外，为了确保示波器测试信号的准确性，还需加入自动校正模块的设计。垂直信号调理通道为整个数字存储示波器模拟通道设计中最重要的部分。本文阐述了通过功能强大的数控增益放大器、高速差分运算放大器以及较成熟的无源衰减网络与阻抗变换网络共同设计出的带宽可达500MHz的模拟信号调理通道。开拓性的将通道中增益调节部分由原来的三部分减少至两部分，增加了电路的可靠性，降低了调试的难度。并在阻抗变换网络后就将信号转变为差分信号，增强了电路对噪声的抑制和抗干扰性。触发通道选用了更高性能的模拟多路选择器、视频分离器和高速比较器，在提供了高质量的边沿同步信号和视频同步信号的同时，还简化了电路。通道控制采用性能更好的串并转换器，芯片自带的所存功能提高了电路的稳定性。自动校正模块使用精度更高的运算放大器，提高了校正电压的准确性。6.学位论文武举便携式数字存储示波器的研究与设计2005随着科学技术的发展,作为常用的检测工具,示波器的面貌也焕然一新.由于数字技术的采用,示波器成为集显示、测量、运算、分析、记录等各种功能于一体的智能化测量仪器.数字存储示波器(DSO)将取代模拟示波器.目前,国内具有自主知识产权的数字存储示波器产品还非常少,高昂的价格阻碍了数字存储示波器在生产和试验中广泛的应用.在研究剖析数字存储示波器产品工作原理的基础上,本文提出了一种新的设计思路,并详细论述了其设计和实现过程.本文设计的便携式数字存储示波器采用CPU+CPLD(复杂可编程逻辑器件)的智能仪器结构,使用液晶显示器(LCD)显示.CPU+CPLD系统的最大特点是结构灵活,有较强的通用性,适用于模块化设计,从而能够提高算法效率;同时其开发周期较短,系统易于维护和扩展.Winbond公司的单片机W77E58作为系统的核心,调控整个系统正常运行,同时完成对数据的处理.Altera公司的EPM7064S作为系统的外围控制器,实现对系统的FIFO(先进先出存储器)与采样时钟的控制.采用液晶屏显示,为用户提供友好的界面,并实现了系统的小型化和便携式.本文详细地介绍了数字存储示波器的工作原理及其技术特点,接着给出了本系统硬件和软件设计的结构及思路.硬件设计方面,本文主要讨论了信号调理电路、A/D变换电路、时基电路及触发电路的设计等.本文给出了系统的主程序流程图,并研究了如何利用波形插值技术以尽量小的采样频率实现尽量高的有效存储带宽(USB)、如何实现波形重现等问题.通过具体的开发设计,解决了关于实时嵌入式系统的一些有意义的实际问题,基本实现了本文的设计目标.7.期刊论文袁继敏.李小玲.古天祥.YuanJimin.LiXiaoling.GuTiangxiang基于单计数器控制采集存储的虚拟示波器的设计-电子测量与仪器学报2009,23(2)本文开发虚拟数字存储示波器按照数字示波器原理设计信号调理电路和逻辑控制电路等硬件电路,并改进了数字示波器运用前置计数器和后置计数器控制触发点前后的采集样点数的方案,运用一个计数器实现了触发点前后的采集样点数的控制.虚拟数字存储示波器操作的界面,功能选择,参数测量和显示等功能运用虚拟仪器原理开发.开发的SJ-8002B虚拟数字示波器虚实结合,充分体现数字示波器的性能优势,很好地利用计算机的处理能力,运行稳定,节约资源,有利于研制和生产深度存储的数字示波器.8.学位论文黄晓雷单板、单片高速数据采集系统研究与设计2001随着科技的发展,数字存储示波器作为常用的检测工具,将取代模拟示波器.其广泛应用,为该类仪器的核心部件一采集与控制电路集于一体,模块化,以便应用于通用便携式数字存储示波器.其中,单片采集控制电路采用FPGA实现,并给出了仿真结果.还讨论了随机采样电路、信号调理电路、A/D变换电路的设计,总结了实际工作中遇到的一问题和解决办法.9.学位论文崔建鹏现代测试技术测控平台—信号调理综合模块2003基于虚拟仪器的电子测量技术代表了现代测试技术的发展方向.该文针对传统测量设备硬件成本高、构造复杂、重用性差、功能单一等方面的问题,着重探讨了利用NI的LabWindows/CVI这一虚拟仪器开发软件构建的测控平台,通过通用信号调理(如放大、隔离、多路转换、模拟滤波等)、软件校正、数字滤波等方法对混杂有干扰的信号进行调理及采集后的数据进行处理,然后进行时域或频域的分析.所开发的模块有,采用DDS技术实现的任意波形发生器作为测试系统中的信号源,以及常见的信号测量设备,如虚拟频谱分析仪,虚拟数字存储示波器,虚拟频率计数器等虚拟仪器.10.期刊论文科技动态信息报道-测控技术2001,20(4)“EVOC”工控杯工控机知识知多点　　2000年，工控知名厂商——研祥工控集团为了解整个社会对工控知识的认知程度，联合中国计算机协会工控机专委会发起，全国十余家专业媒体共同举办了“EVOC”工控杯工控机知识大赛。　　本次大赛吸引了众多读者的关注，收到参赛答卷数千份。对于工控这门相对冷僻的行业而言，能有这么多的响应，当真可喜可贺。美中不足的是：如此多的参赛答卷中，竟没有一份完全正确！这说明，我们的读者，抑或从业人员，对工控机知识的了解还很不够，各方面应利用一切可行条件给读者提供方便，让整个社会对工控