基于等效和实时采样的数字示波器设计

基于数字示波器的基本原理,以单片机和FPGA组成的最小系统为控制核心,实现了普通示波器对被测信号的采样、存储与回放,并且增加了等效采样和采样保持功能,极大地提高了系统的测量范围.该系统具有实时采样和等效采样两种方式,以不大于1 Ms/s的A/D转换实现200 MS/s的等效采样率对输入1 Hz～10 MHz,Vp-P为2 mV～8 V的信号进行采样处理,并能进行单次触发,自动和存储,榆出波形.     

数字示波器

基于数字示波器原理,设计了以单片机和FPGA为控制核心,由阻抗变换、峰值检波、程控放大、采样、频率测量以及校准信号产生等模块构成的数字示波器。其实时采样速率小于1MHz,等效采样速率大于200MHz．系统输入频率范国为10Hz-10MHz,幅度范围16mV-8V,垂直灵敏度有1V／div、0．1V／div、2mV／div三档,而水平灵敏度有20ms／div、2ms／div、1ms／div、40μs／div、20μs／div、2μs／div、200ns／div、100ns／div共8档。信号幅度和频率测量误差都小于1％。     

基于SOPC的数字示波器的设计与实现

基于SOPC的数字示波器,结合FPGA和软核NIOSⅡ的优势,采用实时采样和等时效采样两种方法实现对较高频率的测量,系统结构设计中尽量采用低耗时的数据传输方式并充分利用DE1中的资源,采用VGA方式显示波形.该系统测量频率范围为10 Hz～1.5 MHz,实时采样速率≤1 Msample/s,等效采样速率≥200 Msample/s,该系统实现了采样频率的自动调整、数据存储等功能,并具有高速、实时、高频测量准确可靠、便携等特点,具有很好的性能与实用性.     

基于FPGA的数字存储示波器

数字示波器由程控放大电路、采样保持电路、高速数据采集、示波显示调理4个模块组成。系统以FPGA（现场可编程门阵列）为控制核心,FPGA内嵌RAM存储波形数据,终端采用X、Y轴方式显示,低频段实现了10^6次采样／s实时采样,高频段实现了200MHz等效采样,等效采样时钟由FPGA内置锁相环时钟分频得到,分频算法经优化具有极高的精度,被测波形频谱覆盖了20Hz～10MHz,波形显示无明显失真。     

一种用于取样示波器的高速数字信号传输速率的测量方法

取样示波器利用顺序等效采样技术可以实现对宽带、高速信号进行采样和波形恢复,从而对信号质量进行分析。因此取样示波器在5G高速通信、雷达等信号测量领域得到广泛应用。但是取样示波器采用的顺序等效采样方法是对被测信号进行多周期间隔、不连续采样,采样间隔周期不确定,导致不能直接从恢复的波形中分析出被测信号的传输速率。为确定传输速率,提出一种基于快速傅里叶变换算法的速率计算方法。通过实验验证,此方法能够准确计算出高速数字信号的传输速率,相对误差均在1%以内,并且在采样点数及眼图叠加次数较少的情况下仍然适用。     

数字示波器

基于数字示波器原理,设计了以单片机和FPGA为控制核心,由阻抗变换、峰值检波、程控放大、采样、频率测量以及校准信号产生等模块构成的数字示波器.其实时采样速率小于1 MHz,等效采样速率大于200 MHz,系统输入频率范围为10 Hz～10 MHz,幅度范围16 mV～8 V,垂直灵敏度有1 V/div、0.1 V/div、2 mV/div三档,而水平灵敏度有20 ms/div、2 ms/div、1 ms/div、40 μs/div、20 μs/div、2 μs/div、200 ns/div、100 ns/div 共8档.信号幅度和频率测量误差都小于1%.     

超高速采样技术及其在远程超宽带雷达信号处理中的应用研究

为解决远程超宽带雷达信号直接采样问题,提出了1Gsps超高速实时采样设计方案,采用全新的数据降频设计思想实现1ns写入的并行存储器系统结构.在考虑改善因子对A-D动态范围要求时,论述了随机采样原理结合ps级时间轴展宽技术实现12位5Gsps等价采样系统的设计方法,对宽频带雷达信号处理、数字存储示波器、频谱分析仪等领域有重要应用价值,提出的原理实际应用于高速数字存储示波器系统设计中.     

全新RIGOL VS5000系列虚拟示波器推动MSO混合测试实践应用

日前,北京普源精电科技有限公司（RIGOL）宣布,全新的VS5000系列虚拟数字示波器进入市场后,受到用户的普遍关注。RIGOL VS5000系列虚拟数字示波器实时采样率高达400MSa／s,等效采样率50GSa／s,存储深度1M采样点,可提供40MHz至最高200MHz带宽的宽泛选择,满足各类用户的需求。同时,     

一种超宽带等效采样接收机的设计与实现

脉冲超宽带雷达回波信号由于带宽大而难以直接采样,通常采用等效时间采样方法来进行模数转换。传统的等效采样接收机大都是基于改变ADC采样时钟的时延来实现等效采样,采样时钟对触发信号会产生亚稳态时序,不可避免地会出现数据误对齐,必须添加辅助的在线或离线校正设计。针对这一问题,设计了一种基于FPGA内置延迟线的超宽带等效采样接收机,FPGA产生延时可调的发射触发信号去控制波形产生系统,基于高速采样保持器和ADC完成回波接收,实现了超宽带射频信号的等效采样,而无数据误对齐问题。接收机的等效采样速率为12.8GS/s,-3dB采样带宽为6.4GHz,满足脉冲超宽带雷达的应用需求。     

基于随机等效采样的高速数据采集系统的设计

随机等效采样实际上是以触发点为时间参考基准对周期快变信号进行采样、存储和重构的技术。随机等效采样的关键在于精确测量触发点与下一个采样时钟间的时间间隔，以及通过等效采样算法确定各次采样数据在信号重建的位置，本文给出了这个时间间隔的测量电路和随机等效算法模型。     

基于正交冗余采样的超分辨信号谱估计

该文提出了一种通过冗余采样进行信号谱估计的新方法,它充分利用冗余采样产生的频谱带限特性,通过对自相关矩阵进行秩1分解的方法来获得信号谱的超分辨估计,与 MUSIC、AR等其他超分辨方法相比,这种方法具有更低的信噪比门限和更高的分辨力。     

Optical sampling oscilloscope using nonlinear fibre loop mirror

An optical sampling system employing the nonlinear loop mirror is described. This enables the display of picosecond pulses on millisecond time scales thus performing the function of an all optical sampling oscilloscope.<>     

Calibration of sampling oscilloscopes with high-speed photodiodes

We calibrate the magnitude and phase response of equivalent-time sampling oscilloscopes to 110 GHz. We use a photodiode that has been calibrated with our electrooptic sampling system as a reference input pulse source to the sampling oscilloscope. We account for the impedance of the oscilloscope and the reference photodiode and correct for electrical reflections and distortions due to impedance mismatch. We also correct for time-base imperfections such as drift, time-base distortion, and jitter. We have performed a rigorous uncertainty analysis, which includes a Monte Carlo simulation of time-domain error sources combined with error sources from the deconvolution of the photodiode pulse, from the mismatch correction, and from the jitter correction.     

Pulsed-laser application to sampling oscilloscope

An optically strobed sampling oscilloscope is described in which a GaAs laser diode is used to strobe a GaAs photoconductive sampling gate.     

宽带取样示波器Nose-to-Nose校正理论的新进展

本文根据电路、信号与系统理论并结合实际校测工作对一种适于高速/宽带取样示波器性能校正的新方法——Nose-to-Nose (NTN)法的理论基础作了研究,分析了该方法中的重要信号kick-out脉冲,推导了其数学表达式,提出了"kick-out脉冲与示波器取样系统的阶跃响应成比例"的新观点,最后讨论了NTN方法误差及电路非线性和非对称性对校正的影响.     

星载AIS信号的带通采样与恢复

针对卫星接收机对模拟器件性能要求较高的问题,提出直接对接收到的射频信号进行采样,将模拟信号转换成数字信号,后续处理用软件模块实现的方法。同时结合自动识别系统( AIS )本身两个载波频率接近以及带宽较窄的特点,根据Nyquist带通抽样定理实现以较低速率采样来获取船舶状态信息,研究了一种星载AIS信号全数字解调方法和信息检测恢复技术。首先介绍了带通采样原理,其次详细研究了多用户AIS信号采样频率的确定、两个频道信号分离方法以及单通道信号如何下变频为基带信号,其中基带信号检测采用简化的基于Viterbi的非相干检测方法,最后结合AIS协议进行信号的恢复,并通过示波器采集实际船台发送的AIS信号进行了实验,验证了该过程的正确性。     

星载AIS信号的带通采样与恢复

针对卫星接收机对模拟器件性能要求较高的问题,提出直接对接收到的射频信号进行采样,将模拟信号转换成数字信号,后续处理用软件模块实现的方法。同时结合自动识别系统（AIS）本身两个载波频率接近以及带宽较窄的特点,根据Nyquist带通抽样定理实现以较低速率采样来获取船舶状态信息,研究了一种星载AIS信号全数字解调方法和信息检测恢复技术。首先介绍了带通采样原理,其次详细研究了多用户AIS信号采样频率的确定、两个频道信号分离方法以及单通道信号如何下变频为基带信号,其中基带信号检测采用简化的基于Viterbi的非相干检测方法,最后结合AIS协议进行信号的恢复,并通过示波器采集实际船台发送的AIS信号进行了实验,验证了该过程的正确性。     

新型超宽带探地雷达数字采样接收机设计

基于探地雷达应用,结合等效时间采样技术和实时采样技术的优点,提出了一种新的超宽带等效数字采样技术。该采样技术不需要采用集成模数转换(A/D),而是通过对模拟信号进行1比特并行时间交替采样和均匀量化来实现模数转换的功能。基于该技术思想,利用一片现场可编程门阵列(FPGA)研制出具有等效4.096GHz采样率、7位精度模数转换功能的超带宽探地雷达数字采样接收机。电路结构紧凑,功耗低于1.5W.实测结果表明:该接收机的模拟带宽达500MHz,具有很低的量化噪声,能很好的重构输入信号。同时,该接收机具有很好的性能,能满足超宽带探地雷达的要求。     

Picosecond optical sampling

A high speed sampling technique is proposed using a cascade of optical waveguide interferometers driven by CW sinusoidal traveling or standing microwaves. Each interferometer multiplies the optical signal by a function closely approximated bycos^{4} omegat, where ω is the frequency of its microwave drive. A cascade of four interferometers with 2.6 V microwave drives at 10, 20, 40, and 80 GHz and a total length of 2 cm can sample an optical signal with 2 ps resolution and 50 ps between samples. The sampler might be used in a picosecond sampling oscilloscope or in experiments requiring a jitter-free train of identical pulses.     

Minimum-phase calibration of sampling oscilloscopes

We describe an algorithm for determining the minimum phase of a linear time-invariant response function from its magnitude. The procedure is based on Kramers-Kronig relations in combination with auxiliary direct measurements of the desired phase response. We demonstrate that truncation of the Hilbert transform gives rise to large errors in estimated phase, but that these errors may be approximated using a small number of basis functions. As an example, we obtain a minimum-phase calibration of a sampling oscilloscope in the frequency domain. This result rests on data obtained by an electrooptic sampling (EOS) technique in combination with a swept-sine calibration procedure. The EOS technique yields magnitude and phase information over a broad bandwidth, yet has degraded uncertainty estimates from dc to approximately 1 GHz. The swept-sine procedure returns only the magnitude of the oscilloscope response function, yet may be performed on a fine frequency grid from about 1 MHz to several gigahertz. The resulting minimum-phase calibration spans frequencies from dc to 110 GHz, and is traceable to fundamental units. The validity of the minimum-phase character of the oscilloscope response function at frequencies common to both measurements is determined as part of our analysis. A full uncertainty analysis is provided.