簡(jiǎn)易等效采樣數(shù)字示波器【開題報(bào)告】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù)簡(jiǎn)易等效采樣數(shù)字示波器簡(jiǎn)易等效采樣數(shù)字示波器一、選題的背景與意義電子示波器興起于上個(gè)世紀(jì)四十年代，由于電子設(shè)備的開發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，示波器成為電子產(chǎn)品開發(fā)者檢測(cè)電子線路最有效的工具之一。后隨著半導(dǎo)體和電子計(jì)算機(jī)的問世，尤其是電子系統(tǒng)的性能隨著半導(dǎo)體集成度及功能的穩(wěn)步提高對(duì)示波器性能的要求越來越高，促進(jìn)了示波器的發(fā)展。在國(guó)外，早期主要是模擬示波器的開發(fā)，其帶寬

2、等性能都比較低。隨著半導(dǎo)體和電子計(jì)算機(jī)的問世，促進(jìn)電子示波器的帶寬達(dá)到100MHz。六十年代美國(guó)開發(fā)出帶寬6GHz的取樣示波器、帶寬6GHz的多功能插件式示波器，標(biāo)志著當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的高水平，為測(cè)試數(shù)字電路又增添邏輯示波器和數(shù)字波形記錄器。從此模擬示波器發(fā)展緩慢，而數(shù)字示波器發(fā)展迅猛。由于競(jìng)爭(zhēng)的激烈性，一些國(guó)家甚至退出示波器市場(chǎng)，目前美國(guó)在示波器方面的技術(shù)處于領(lǐng)先地位。在國(guó)內(nèi)，近幾年廠商在數(shù)字示波器市場(chǎng)開發(fā)上取得了很好的成績(jī)。但與國(guó)外大公

3、司相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍有很大的差距，如產(chǎn)品主要針對(duì)中低端市場(chǎng)，無法滿足高速測(cè)試需要，測(cè)試解決方案擴(kuò)展低。在國(guó)內(nèi)很多廠家、研究機(jī)構(gòu)以及一些高校等都在加快示波器的更新?lián)Q代。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的示波器不斷向中高端產(chǎn)品發(fā)展，市場(chǎng)不斷推出性能更加強(qiáng)大的多功能示波器以滿足更高更準(zhǔn)的測(cè)試要求。示波器是顯示被測(cè)量的電信號(hào)的瞬時(shí)值軌跡變化情況的儀器，分為模擬示波器和數(shù)字示波器。使用者通過使用示波器觀察和測(cè)量線路電壓電流波形來檢測(cè)電子設(shè)備中線路工作異常情況，驗(yàn)證設(shè)

4、備性能是否達(dá)標(biāo)等，給使用者設(shè)計(jì)電子設(shè)備帶來很大的幫助。示波器除觀測(cè)電流電壓的波形外，還可以測(cè)定頻率、延時(shí)等信號(hào)特性。目前，示波器在各種科學(xué)研究、工程研究、工業(yè)生產(chǎn)及學(xué)校教育等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍），電子槍向屏幕發(fā)射電子，發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束并打到屏幕上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來。模擬示波器在早期的應(yīng)用中很好的滿足了當(dāng)時(shí)的應(yīng)用要求。模擬示波

5、器可以清晰的獲得信號(hào)波形，但是其帶寬頻率、存儲(chǔ)能力、擴(kuò)展性等受到限制，而且不能和計(jì)算機(jī)很好的融合使用。所以隨著新型電子設(shè)備對(duì)信號(hào)檢測(cè)的要求的逐步提高，數(shù)字示波器異軍突起。數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，AD轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器克服了模擬示波器（EquivalentSampling）是指對(duì)多個(gè)信號(hào)周期連續(xù)樣來復(fù)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)波形，采樣系統(tǒng)能以擴(kuò)展的方式復(fù)現(xiàn)頻率大大超過奈奎斯特極限頻率的信號(hào)波形，在高速數(shù)據(jù)周期信

6、號(hào)采集系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用[2][3]。與實(shí)時(shí)采樣不同，等效采樣只能用于重復(fù)信號(hào)，但信號(hào)頻率可以很高。在很多場(chǎng)合中，高頻信號(hào)都是周期或者準(zhǔn)周期的信號(hào)，所以我們?cè)诒ＷC設(shè)計(jì)成本的同時(shí)利用等效采樣就可以采集和復(fù)現(xiàn)高頻信號(hào)。本次設(shè)計(jì)兩種采樣原理都采用，低頻時(shí)使用實(shí)時(shí)采樣，高頻時(shí)使用等效采樣。2.等效采樣原理等效采樣分為順序和隨機(jī)等效采樣兩種方法。等效采樣又可分為順序等效時(shí)間采樣和隨機(jī)等效時(shí)間采樣，兩者的區(qū)別在于，其采樣不僅僅局限于在觸發(fā)點(diǎn)后，還能

7、在觸發(fā)點(diǎn)之前。順序采樣是按照一個(gè)固定的次序進(jìn)行采集，每到來一個(gè)新的觸發(fā)事件就采集一個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過若干個(gè)信號(hào)周期后就可以將被測(cè)信號(hào)的各個(gè)部分采樣一遍，從而復(fù)現(xiàn)波形[7]。這種采樣方法沒有預(yù)觸發(fā)的信息。隨機(jī)等效采樣就可提供預(yù)觸發(fā)和觸發(fā)信息以及觸發(fā)后的信息。在隨機(jī)等效采樣示波器中，每一組采樣點(diǎn)是在隨機(jī)的時(shí)刻采集的，而與觸發(fā)事件無關(guān)。這些采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為一已知的時(shí)問，由采樣時(shí)鐘來確定。當(dāng)示波器在等待觸發(fā)事件到來時(shí)，其內(nèi)部就在連續(xù)的進(jìn)行采集并將

8、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。當(dāng)觸發(fā)事件到時(shí)我們測(cè)出觸發(fā)事件到下一個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)間，由于采樣間隔時(shí)間是固定的，因此就可以從該測(cè)量時(shí)間推算出所有采樣點(diǎn)相對(duì)觸發(fā)的時(shí)間。經(jīng)過多次的重復(fù)以上過程，就可以復(fù)現(xiàn)一個(gè)完整的隨機(jī)采樣的波形。對(duì)比上述兩種采樣方式，隨機(jī)等效采樣算法比較復(fù)雜，需要開辟大量數(shù)據(jù)空間進(jìn)行波形重建。其次，隨機(jī)等效采樣的采樣序列在波形中的位置是隨機(jī)的，需要遍歷時(shí)間窗內(nèi)的所有采樣序列才能重建出一個(gè)完整的波形，對(duì)采樣的控制要求較高。而順序采樣以采樣時(shí)