基于時(shí)間交錯(cuò)采樣的低功耗示波器設(shè)計(jì).pdf

1、示波器廣泛的用于信號(hào)的分析與測(cè)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(chǔ)示波器性能進(jìn)一步加強(qiáng)，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(gè)分支，克服了普通數(shù)字存儲(chǔ)示波器體積龐大，功耗較高，不便于攜帶等缺點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合。為滿足對(duì)復(fù)雜帶寬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲與測(cè)量要求，提高采樣率對(duì)示波器來說顯得尤為重要。在現(xiàn)有的條件下，時(shí)間交錯(cuò)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(duì)系統(tǒng)采樣率的限制，實(shí)現(xiàn)高速采樣。
　　雖然TIADC（時(shí)間交錯(cuò)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(shí)間間隔不均勻等因素會(huì)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(gè)方面展開。一方面，本課題將基于FPGA設(shè)計(jì)一款便攜性低功耗數(shù)字存儲(chǔ)示波器。另一方面，本課題將對(duì)TIADC系統(tǒng)中的失配誤差進(jìn)行估計(jì)和校準(zhǔn)，提高系統(tǒng)的無雜散動(dòng)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(shí)際應(yīng)用場(chǎng)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(jì)以及失調(diào)誤差補(bǔ)償兩部分。該方法在具有很高的失配誤差參數(shù)估計(jì)精度的情況下依然具有較低的計(jì)算復(fù)雜度。失調(diào)和增益失配誤差補(bǔ)償是基于誤差參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，而采樣時(shí)間失配誤差補(bǔ)償則是采用一種簡(jiǎn)化拉格朗日插值法

4、來實(shí)現(xiàn)。該補(bǔ)償結(jié)構(gòu)采用單精度浮點(diǎn)設(shè)計(jì)，并在嚴(yán)重的失配誤差條件下（高達(dá)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(shí)間誤差）對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真。該補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償效果使無雜散動(dòng)態(tài)范圍提升達(dá)53dB。除此之外，該補(bǔ)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(chǔ)示波器。為滿足輸入信號(hào)的寬動(dòng)態(tài)范圍要求，設(shè)計(jì)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(jì)，支持時(shí)間交錯(cuò)采樣模式，成倍的