基于時間交錯采樣的低功耗示波器設(shè)計.pdf

1、示波器廣泛的用于信號的分析與測量，扮演著不可或缺的重要角色。隨著技術(shù)快速的發(fā)展，數(shù)字存儲示波器性能進一步加強，逐漸取代了模擬示波器。而便攜式示波器作為示波器發(fā)展的一個分支，克服了普通數(shù)字存儲示波器體積龐大，功耗較高，不便于攜帶等缺點，廣泛的應(yīng)用于一些特殊的應(yīng)用場合。為滿足對復(fù)雜帶寬信號進行實時捕獲與測量要求，提高采樣率對示波器來說顯得尤為重要。在現(xiàn)有的條件下，時間交錯采樣技術(shù)可以有效的提高系統(tǒng)的采樣率，從而突破單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換速率

2、對系統(tǒng)采樣率的限制，實現(xiàn)高速采樣。
　　雖然TIADC（時間交錯采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器）可以提高系統(tǒng)采樣率，但是由于ADC通道之間的不一致性以及采樣時間間隔不均勻等因素會引入誤差，導(dǎo)致示波器性能下降。因此本課題主要從如下兩個方面展開。一方面，本課題將基于FPGA設(shè)計一款便攜性低功耗數(shù)字存儲示波器。另一方面，本課題將對TIADC系統(tǒng)中的失配誤差進行估計和校準(zhǔn)，提高系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范圍。具體內(nèi)容如下:
　　根據(jù)TIADC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

3、，推導(dǎo)TIADC的系統(tǒng)模型。從實際應(yīng)用場景分析ADC通道之間失配誤差產(chǎn)生原因及來源。并根據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型分析TIADC在理想情況下和誤差存在的情況下輸出的頻譜特性。
　　提出了一套完整的TIADC失配誤差消除方法。該方法主要分為失調(diào)誤差估計以及失調(diào)誤差補償兩部分。該方法在具有很高的失配誤差參數(shù)估計精度的情況下依然具有較低的計算復(fù)雜度。失調(diào)和增益失配誤差補償是基于誤差參數(shù)來實現(xiàn)的，而采樣時間失配誤差補償則是采用一種簡化拉格朗日插值法

4、來實現(xiàn)。該補償結(jié)構(gòu)采用單精度浮點設(shè)計，并在嚴重的失配誤差條件下（高達5％的失調(diào)和增益誤差以及10％的超前的或者滯后的采樣時間誤差）對該結(jié)構(gòu)進行了仿真。該補償?shù)难a償效果使無雜散動態(tài)范圍提升達53dB。除此之外，該補償結(jié)構(gòu)并不受TIADC通道數(shù)目的限制。
　　基于單片F(xiàn)PGA成功開發(fā)了一款便攜式低功耗數(shù)字存儲示波器。為滿足輸入信號的寬動態(tài)范圍要求，設(shè)計了增益靈活可調(diào)的模擬前端電路。采用雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計，支持時間交錯采樣模式，成倍的