數字串行信號分析儀前置通道的自校正裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子測量儀器領域，具體說是一種數字串行信號分析儀前置通道的自校正裝置。
【背景技術】
[0002]數字串行信號分析儀作為高速串行信號系統電子測量的主要手段之一，可應用于無線電通訊、光通訊、網絡傳輸、工業現場產品測試及品質控制、國防工業中雷達信號測試、快速反應作戰指揮通信網、聲納信號分析、火炮沖擊波測試等諸多部門和領域。數字串行信號分析儀整個系統可分為前置通道系統、數字采集及處理系統、串行信號分析模塊以及分析軟件系統、控制及顯示系統。
[0003]數字串行信號分析儀的前置通道是整個儀器設備的關鍵部件，美國Tek公司推出的數字串行信號分析儀采集通道采用專用的ASIC芯片，加密性能很好。此類儀器目前國內需求依賴進口。數字串行信號分析儀出廠前需要專用的校正儀器對前置通道性能指標進行人工校正。出廠后隨著使用環境(如溫度、濕度)的變化，以及元器件的老化可能使前置通道的零點產生漂移或增益發生變化，導致不能精確地測量信號。這就需要儀器帶有自校正的功能。通過自校正后，儀器進入最佳的工作狀態，可準確的測量被觀察信號。
【發明內容】
[0004]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種數字串行信號分析儀前置通道的自校正裝置，其明顯改善前置通道高頻大信號變化時的失真度以及信號電壓噪聲。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:包括高/低阻選擇器、高阻程控衰減器、阻抗變換器、射頻雙向選擇開關、低阻程控衰減器、高速程控增益可選擇放大器，前置通道增益由程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器來調節，準確控制程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器，精確控制前置通道每個檔位的電壓增益；根據前置通道自校正要求，首先對前置通道每個檔位設定控制參數，將控制參數轉化為控制信號，將控制信號轉化校正信號，繼續將校正信號送入前置通道放大，將放大后的校正信號轉化為數字信號，對數字信號進行處理判斷是否等于預期值。
[0006]本發明的另一個目的是提供一種數字串行信號分析儀前置通道的自校正方法，包括如下步驟:
[0007](I)校正時，首先將前置通道置于通道一，切換檔位至前置通道最大檔位，在不加信號的條件下，通過數據采集、處理，調整偏移電壓，使基線顯示在數字串行信號分析儀液晶屏垂直中心的位置，即可輸入對應檔位的校正電壓；
[0008](2)如果基線不是顯示在數字串行信號分析儀液晶屏垂直中心的位置，則校偏，繼續對數據采集、處理；如果基線顯示在數字串行信號分析儀液晶屏垂直中心的位置，則進行下一步；
[0009](3)加入3格電壓；
[0010](4)進一步對數據采集、處理；
[0011](5)改變程控步進衰減器和高速程控增益可選擇放大器的放大衰減值，以調整信號對前置通道增益的校正，直至波形精確定位于3格；
[0012](6)如果波形不能精確定位于3格，則通過校增益校正；如果波形不能精確定位于3格，則進入前置通道其他檔級校正。
[0013]零偏的校正是通過對偏置電壓的位移調整來實現的，但校正零偏也會引起通道的靜態直流電平的變化，所以又要再校正程控衰減器，此過程反復多次后，若通道輸出數據滿足誤差要求。則校正成功；反之，則出錯。
【附圖說明】
[0014]圖1為數字串行信號分析儀前置通道的原理框圖；
[0015]圖2為數字串行信號分析儀前置通道的自校正硬件電路簡圖；
[0016]圖3為數字串行信號分析儀前置通道的自校正流程圖。
【具體實施方式】
[0017]數字串行信號分析儀前置通道是由高/低阻選擇器、高阻程控衰減器、阻抗變換器、低阻程控衰減器、高速程控增益可選擇放大器組成。數字串行信號分析儀前置通道的工作原理見附圖1所示。由圖1可知，前置通道增益由程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器來調節，準確控制程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器，也就精確控制了前置通道每個檔位的電壓增益，但是由于通道存在零偏，在調節程控衰減器和高速程控增益可選擇放大器的過程中，會引起通道靜態直流電平和通道輸出零電平的變化。所以還要對通道的零偏進行校正。零偏的校正是通過對偏置電壓的位移調整來實現的，但校正零偏也會引起通道的靜態直流電平的變化，所以又要再校正程控衰減器，此過程反復多次后，若通道輸出數據滿足誤差要求。則校正成功；反之，則出錯。根據前置通道自校正要求，首先對前置通道每個檔位設定控制參數，將控制參數轉化為控制信號，將控制信號轉化校正信號，繼續將校正信號送入前置通道放大，將放大后的校正信號轉化為數字信號，對數字信號進行處理判斷是否等于預期值，如果正確，則結束。如果錯誤，重新校正。
[0018]硬件電路設計
[0019]對前置通道進行自校正，首先需要一個精確校準源對前置通道的增益進行校正。本設計裝置通過一個由FPGA來控制的12位DAC來提供運算放大器的輸入校正電壓，再將運算放大器的輸出信號加入到前置通道的輸入端。
[0020]垂直放大通道自校正電路的硬件電路簡圖如圖2所示，主要芯片有AD5623與運放0P37。
[0021]UAD5623
[0022]AD5623為AD公司出品的一款雙DAC，精度為12位，其輸出電壓的范圍可以由所選參考電壓來定:若使用內參考電壓，可選擇1.25V與2.5V兩個檔位，滿刻度輸出電壓分別為
2.5V與5V ;若使用外參考電壓，其滿刻度輸出電壓可由輸入電壓來控制，輸入范圍為2.7V與5.5V。本設計裝置選用的是2.5V的內參考電壓。因此，滿刻度輸出電壓為5V，LSB =1.22mV。它具有三個串行輸入接口。在sync = O時，24位數據DIN在CLK的下降沿載入數據到其移位寄存器，當進行到第24個時鐘的下降沿時，24位數據從移位寄存器中載入到數模轉換寄存器中。若進行下一次寫數據，需將sync保持高電平至少15ns以后，再置零，即可進入下一次寫數據。
[0023]2、0P37
[0024]0P37為ADI公司的一款運算放大器，主要的技術指標有:
[0025](I)壓擺率:17V/us
[0026](2)低噪聲:80nVp-p
[0027](3)低輸入偏移電壓:10uV
[0028](4)很好的共模抑制比:126dB
[0029]綜合以上指標，由于該運放用于放大DAC輸出的直流電壓，要求輸出電壓精確度、穩定度高、紋波小，所以我們選擇的這一款放大器是低噪聲高精度運放。在電路的設計上，注意對接地的處理。運算放大器下方的地層要除去，防止分布電容對運放的影響，并在放大器的輸出端設計了 RC濾波電路，進一步降低信號噪聲。在放置去耦電容時，要注意到芯片電源和地引腳的引線不能過長。在電