基于NTN校準(zhǔn)技術(shù)的高速采樣示波器的頻率響應(yīng)估計研究.pdf

1、隨著采樣技術(shù)的不斷進(jìn)步，超高速波形數(shù)字化系統(tǒng)的實時及等效采樣速率有了極大提高，然而其頻率特性的校準(zhǔn)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。人們通常使用掃頻法來計量寬帶采樣示波器的幅度響應(yīng)特性，而相位響應(yīng)特性是近十多年來國際無線電計量界研究的熱點。NTN(Nose-to-Nose)校準(zhǔn)技術(shù)是為確定寬帶示波器的沖激響應(yīng)，尤其是相位響應(yīng)而提出的一種新方法。即不采用任何標(biāo)準(zhǔn)工具，將兩臺相同的寬帶示波器的輸入端直接對接起來，進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)傳遞函數(shù)的測量和校準(zhǔn)。
　　實

2、際NTN測量中，由于電路硬件非理想性的影響，采樣電路的沖激響應(yīng)會產(chǎn)生失真，這些影響主要包括：時基失真、時基漂移、加性噪聲、共模干擾、失配誤差以及抖動等。因此必須在嚴(yán)格實驗條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量，之后針對上述誤差進(jìn)行估計和修正，從而獲得采樣電路“真實的”的幅度、相位響應(yīng)，這一結(jié)果可作為標(biāo)準(zhǔn)用于寬帶采樣示波器的幅度和相位校準(zhǔn)?；谏鲜龉こ虘?yīng)用背景，本論文把NTN校準(zhǔn)技術(shù)和寬帶采樣電路相位誤差作為主要研究內(nèi)容，在吸收了國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上

3、，采用理論分析、仿真研究和實驗驗證的技術(shù)路線，對其進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。
　　論文中詳細(xì)地研究了NTN校準(zhǔn)過程，確定了用于NTN校準(zhǔn)的各種數(shù)據(jù)采集方案，包括抑制共模干擾的NTN數(shù)據(jù)采集方案、用于估計時基失真的正弦擬合數(shù)據(jù)采集方案以及用于適配器失配誤差修正的S參數(shù)數(shù)據(jù)采集方案。
　　本文系統(tǒng)地研究了NTN數(shù)據(jù)處理方案。研究了修正時基漂移的質(zhì)心法和互相關(guān)方法等噪聲信號對準(zhǔn)方法，全面系統(tǒng)地分析了時基失真產(chǎn)生的原因，提出了一個改進(jìn)

4、的時基失真的數(shù)學(xué)模型。研究時基失真估計的正弦擬合算法以及加速收斂的算法，估計所用示波器的時基失真，并提出了新的時基失真的修正方法；提出了一種新的估計時基失真不確定度的方法；提出了失配修正因子的計算公式；經(jīng)過一系列誤差以及失真修正的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理就可獲得采樣電路的沖激響應(yīng)、階躍響應(yīng)及上升時間等結(jié)果。將獲得的幅頻特性和傳統(tǒng)的掃頻法的幅頻特性進(jìn)行對比，驗證其有效性和實用性。
　　由于射頻微波元件制造工藝的復(fù)雜性以及測量技術(shù)的限制，目前尚不

5、能直接測量出寬帶采樣示波器內(nèi)部采樣電路中各個元件對相位響應(yīng)的影響，但是可通過仿真建立默認(rèn)采樣電路模型并將各個元件參數(shù)化，就可以通過改變電路參數(shù)來獲得各個元件對采樣電路相位響應(yīng)的影響。通過設(shè)計采樣電路的模型參數(shù)，使仿真的NTN沖激響應(yīng)與實際測量重構(gòu)的高速采樣示波器沖激相應(yīng)波形基本相似。當(dāng)仿真結(jié)果和測量結(jié)果近似時，可以通過仿真試驗估計出采樣電路對相位誤差的影響，這和實際的物理采樣電路對相位誤差的影響是相同的，而該誤差的影響目前卻無法通過實際

6、測量實驗確定。
　　在高速采樣示波器的內(nèi)部采樣電路SPICE仿真模型的基礎(chǔ)上，分析了內(nèi)部采樣電路產(chǎn)生相位誤差的原因，仿真NTN校準(zhǔn)過程，計算采樣電路模型的相位誤差；逐一改變模型的各個參數(shù)，研究這些參數(shù)與相位誤差之間的關(guān)系,從采樣電路各個元件不確定度的實際范圍出發(fā)，在各個參數(shù)不確定度均為±10％的前提下，分別量化分析采樣電路每個元件參數(shù)的變化對相位誤差的影響。基于B類不確定度估計理論，將參數(shù)的影響加以綜合，獲得相位誤差的不確定度。并