數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字串行信號(hào)分析儀作為高速串行信號(hào)系統(tǒng)電子測(cè)量的主要手段之一，可應(yīng)用于無(wú)線電通訊、光通訊、網(wǎng)絡(luò)傳輸、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品測(cè)試及品質(zhì)控制、國(guó)防工業(yè)中雷達(dá)信號(hào)測(cè)試、快速反應(yīng)作戰(zhàn)指揮通信網(wǎng)、聲納信號(hào)分析、火炮沖擊波測(cè)試等諸多部門(mén)和領(lǐng)域。數(shù)字串行信號(hào)分析儀整個(gè)系統(tǒng)可分為前置通道系統(tǒng)、數(shù)字采集及處理系統(tǒng)、串行信號(hào)分析模塊以及分析軟件系統(tǒng)、控制及顯示系統(tǒng)。
[0003]數(shù)字串行信號(hào)分析儀的前置通道是整個(gè)儀器設(shè)備的關(guān)鍵部件，美國(guó)Tek公司推出的數(shù)字串行信號(hào)分析儀采集通道采用專用的ASIC芯片，加密性能很好。此類儀器目前國(guó)內(nèi)需求依賴進(jìn)口。數(shù)字串行信號(hào)分析儀出廠前需要專用的校正儀器對(duì)前置通道性能指標(biāo)進(jìn)行人工校正。出廠后隨著使用環(huán)境(如溫度、濕度)的變化，以及元器件的老化可能使前置通道的零點(diǎn)產(chǎn)生漂移或增益發(fā)生變化，導(dǎo)致不能精確地測(cè)量信號(hào)。這就需要儀器帶有自校正的功能。通過(guò)自校正后，儀器進(jìn)入最佳的工作狀態(tài)，可準(zhǔn)確的測(cè)量被觀察信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正裝置，其明顯改善前置通道高頻大信號(hào)變化時(shí)的失真度以及信號(hào)電壓噪聲。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:包括高/低阻選擇器、高阻程控衰減器、阻抗變換器、射頻雙向選擇開(kāi)關(guān)、低阻程控衰減器、高速程控增益可選擇放大器，前置通道增益由程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器來(lái)調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確控制程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器，精確控制前置通道每個(gè)檔位的電壓增益；根據(jù)前置通道自校正要求，首先對(duì)前置通道每個(gè)檔位設(shè)定控制參數(shù)，將控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化校正信號(hào)，繼續(xù)將校正信號(hào)送入前置通道放大，將放大后的校正信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理判斷是否等于預(yù)期值。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正方法，包括如下步驟:
[0007](I)校正時(shí)，首先將前置通道置于通道一，切換檔位至前置通道最大檔位，在不加信號(hào)的條件下，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理，調(diào)整偏移電壓，使基線顯示在數(shù)字串行信號(hào)分析儀液晶屏垂直中心的位置，即可輸入對(duì)應(yīng)檔位的校正電壓；
[0008](2)如果基線不是顯示在數(shù)字串行信號(hào)分析儀液晶屏垂直中心的位置，則校偏，繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理；如果基線顯示在數(shù)字串行信號(hào)分析儀液晶屏垂直中心的位置，則進(jìn)行下一步；
[0009](3)加入3格電壓；
[0010](4)進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理；
[0011](5)改變程控步進(jìn)衰減器和高速程控增益可選擇放大器的放大衰減值，以調(diào)整信號(hào)對(duì)前置通道增益的校正，直至波形精確定位于3格；
[0012](6)如果波形不能精確定位于3格，則通過(guò)校增益校正；如果波形不能精確定位于3格，則進(jìn)入前置通道其他檔級(jí)校正。
[0013]零偏的校正是通過(guò)對(duì)偏置電壓的位移調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但校正零偏也會(huì)引起通道的靜態(tài)直流電平的變化，所以又要再校正程控衰減器，此過(guò)程反復(fù)多次后，若通道輸出數(shù)據(jù)滿足誤差要求。則校正成功；反之，則出錯(cuò)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的原理框圖；
[0015]圖2為數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正硬件電路簡(jiǎn)圖；
[0016]圖3為數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的自校正流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道是由高/低阻選擇器、高阻程控衰減器、阻抗變換器、低阻程控衰減器、高速程控增益可選擇放大器組成。數(shù)字串行信號(hào)分析儀前置通道的工作原理見(jiàn)附圖1所示。由圖1可知，前置通道增益由程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器來(lái)調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確控制程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器，也就精確控制了前置通道每個(gè)檔位的電壓增益，但是由于通道存在零偏，在調(diào)節(jié)程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器的過(guò)程中，會(huì)引起通道靜態(tài)直流電平和通道輸出零電平的變化。所以還要對(duì)通道的零偏進(jìn)行校正。零偏的校正是通過(guò)對(duì)偏置電壓的位移調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但校正零偏也會(huì)引起通道的靜態(tài)直流電平的變化，所以又要再校正程控衰減器，此過(guò)程反復(fù)多次后，若通道輸出數(shù)據(jù)滿足誤差要求。則校正成功；反之，則出錯(cuò)。根據(jù)前置通道自校正要求，首先對(duì)前置通道每個(gè)檔位設(shè)定控制參數(shù)，將控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化校正信號(hào)，繼續(xù)將校正信號(hào)送入前置通道放大，將放大后的校正信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理判斷是否等于預(yù)期值，如果正確，則結(jié)束。如果錯(cuò)誤，重新校正。
[0018]硬件電路設(shè)計(jì)
[0019]對(duì)前置通道進(jìn)行自校正，首先需要一個(gè)精確校準(zhǔn)源對(duì)前置通道的增益進(jìn)行校正。本設(shè)計(jì)裝置通過(guò)一個(gè)由FPGA來(lái)控制的12位DAC來(lái)提供運(yùn)算放大器的輸入校正電壓，再將運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)加入到前置通道的輸入端。
[0020]垂直放大通道自校正電路的硬件電路簡(jiǎn)圖如圖2所示，主要芯片有AD5623與運(yùn)放0P37。
[0021]UAD5623
[0022]AD5623為AD公司出品的一款雙DAC，精度為12位，其輸出電壓的范圍可以由所選參考電壓來(lái)定:若使用內(nèi)參考電壓，可選擇1.25V與2.5V兩個(gè)檔位，滿刻度輸出電壓分別為
2.5V與5V ;若使用外參考電壓，其滿刻度輸出電壓可由輸入電壓來(lái)控制，輸入范圍為2.7V與5.5V。本設(shè)計(jì)裝置選用的是2.5V的內(nèi)參考電壓。因此，滿刻度輸出電壓為5V，LSB =1.22mV。它具有三個(gè)串行輸入接口。在sync = O時(shí)，24位數(shù)據(jù)DIN在CLK的下降沿載入數(shù)據(jù)到其移位寄存器，當(dāng)進(jìn)行到第24個(gè)時(shí)鐘的下降沿時(shí)，24位數(shù)據(jù)從移位寄存器中載入到數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中。若進(jìn)行下一次寫(xiě)數(shù)據(jù)，需將sync保持高電平至少15ns以后，再置零，即可進(jìn)入下一次寫(xiě)數(shù)據(jù)。
[0023]2、0P37
[0024]0P37為ADI公司的一款運(yùn)算放大器，主要的技術(shù)指標(biāo)有:
[0025](I)壓擺率:17V/us
[0026](2)低噪聲:80nVp-p
[0027](3)低輸入偏移電壓:10uV
[0028](4)很好的共模抑制比:126dB
[0029]綜合以上指標(biāo)，由于該運(yùn)放用于放大DAC輸出的直流電壓，要求輸出電壓精確度、穩(wěn)定度高、紋波小，所以我們選擇的這一款放大器是低噪聲高精度運(yùn)放。在電路的設(shè)計(jì)上，注意對(duì)接地的處理。運(yùn)算放大器下方的地層要除去，防止分布電容對(duì)運(yùn)放的影響，并在放大器的輸出端設(shè)計(jì)了 RC濾波電路，進(jìn)一步降低信號(hào)噪聲。在放置去耦電容時(shí)，要注意到芯片電源和地引腳的引線不能過(guò)長(zhǎng)。在電