数字存储示波器产业化项目可行性研究报告(编辑修改稿)

数字存储示波器产业化项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

DC， AC， LF Rej., HF Rej  水平准确度： +/%  输入阻抗： 1M  通道数： 2CH+  存储器： 4K/通道  耦合： DC， AC or GND  触发模式： Auto, Normal, Single  最大输入电压 :300V  Math: +， ， *， /,FFT  FFT: Window :Hanning,Hamming,Blackman,Rectangular Sample:1024  自动测量： Vp_p, Vrms, Vmax, Vmin, Vbase, Vavg, Freq, Period,+PulseWidth, PulseWidth,Risetime,Falltime,+Duty,Duty。 CursorMeasure: Manual,Trace,AutoMeasuer Storage:10 Waveforme,10 Setup 14 2. 示波器工作原理 数字 示波器是利用 模数转换 ，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在 LCD 上以便测量的电子测量仪器。 它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、 测量实验结果必不可少的重要仪器。 3 模拟和数字示波器的对比 模拟示波器的频率特性由垂直放大器和阴极示波管来决定。 八十年代示波器引入数字处理和微处理器，出现数字示波器，现在把模拟示波器称为模拟实时示波器（ ART），数字示波器称为数字存储示波器（ DSO）。 ART 需要与带宽相适应的放大器和阴极射线示波管，随着频率的提高，对阴极射线示波管的工艺要求严格，成本增加，存 在 瓶颈。 DSO 只要与带宽相适应的高速 A/D 转换器，其它存储器和 D/A 转换器以及显示器都是较低速成的部件，显示器可用 LCD 平面阵列和彩色屏幕。 DSO采用微处理器作控制和数据处理，使 DSO具有超前触发、组合触发、毛刺捕捉、波形处理、硬拷贝输出、软盘记录、长时间波形存储等 ART 所不具备的功能，目前 DSO 的带宽也超过 1GHz，在许多方面都超过 ART 的性能。 4 总体方案 15 在我们的设计方案把整 个系统分为通道、触发、采集、采集控制、采集存储、处理器系统、控制面板、扩展接口和液晶屏显示总共九个部分组成。 当时基大于 250ns 的时候采用实时方式采集显示数据，小于 250ns 之后内插电路工作，整个系统在随机采样方式下工作。 等效采样率 5GSa/S，内插分辨率 200ps。 采集控制电路在处理器系统 和触发电路的控制下，把经过通道电路调理之后的信号进行采集放入到高速的采集存储器中，当采集结束后通知处理器系统，处理器系统把采集存储器中的波形数据进行运算后送到液晶屏显示。 当控制面板上有操作的时候，处理器系统根据改变的参 数重新设置各种控制参数，然后进行采集显示 CH1 CH2 采 集 采集 触发 采集 控制 扩展接口 内值电路 处理器系统 中心 采集储存 控制面板 液晶 显示 16 5 主要 部 件介绍 （ 1） 通道触发 （ 2） 实时采集芯片 （ 3） 控制 FPGA （ 4） 采集存储芯片 （ 5） 内插电路 （ 6） 处理器系统 （ 7） 液晶屏 （ 8） 控制面板 工程方案 1 方案的选择 （ 1） 触发源 (Source)选择 要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。 触发源选择确定触发信号由何处供给。 通常有三种触发源：内触发 (INT)、电源触发 (LINE)、外触发 EXT)。 内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。 由于触发 信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。 双踪示波器中通道 1或者通道 2都可以选作触发信号。 电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。 这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。 特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。 17 外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。 外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。 由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。 正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。 例如在数字电路的测量中， 对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。 （ 2） 触发耦合 (Coupling)方式选择 触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。 这里介绍常用的几种。 AC 耦合又称电容耦合。 它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。 通常在不考虑 DC 分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。 但是如果触发信号的频率小于 10Hz，会造成触发困难。 直流耦合 (DC)不隔断触发信号的 直流分量。 当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。 低频抑制 (LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分被抑制；高频抑制 (HFR)触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频成分被抑制。 此外还有用于电视维修的电视同步 (TV)触发。 这些触发耦合方式各有自己的适用 18 范围，需在使用中去体会。 （ 3） 触发电平 (Level)和触发极性 (Slope) 触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。 电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。 一旦触发 信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。 顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。 当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。 当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间 (扫描暂停时间 )，能使扫描与波形稳定同步。 极性开关用来选择触发信号的极性。 拨在 “+” 位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。 拨在 “ ”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过 触发电平时就产生触发。 触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。 （ 4） 扫描方式 (SweepMode) 扫描有自动 (Auto)、常态 (Norm)和单次 (Single)三种扫描方式。 自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于 50Hz 时，扫描为自激方式。 常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。 触发信号到来后，触发扫描。 单次：单次按钮类似复位开关。 单次扫描方式下，按单次按钮时 19 扫描电路复位，此时准备好 (Ready)灯亮。 触发信号到来后产生一次扫描。 单次扫描结束后，准备灯 灭。 单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。 通道的 3dB 带宽为 100MHz，不同量程之间的误差由软件进行自动矫正，触发电平和直流偏置都有软件进行设定，触发模式可选。 内插电路设计方 案 内插电路的时间放大倍数为 100 倍左右，误差控制在 5%，时间分辨率 200ps。 通道和触发实现方案 探头 1 探头 2 1M 50 AC DC GND 1： 1 1： 2 1： 5 1： 10 放大 OFFSET 1： 1 1： 2 1： 5 1： 10 放大 1M 50 AC DC GND 1： 1 1： 2 1： 5 1： 10 放大 OFFSET 1： 1 1： 2 1： 5 1： 10 放大 EXT 1： 1 1： 5 选择 开关 TrigSouSel 比 较 器 TrigLevel AC DC Trig Mode。