[发明专利]一种数字示波器通道带宽补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字存储示波器技术领域，具体来讲，涉及一种用于数字示波器通道带宽补偿装置。

背景技术

数字示波器通过高速模数转换器，即ADC把连续变化的被测模拟信号转换为离散的波形数据，并对该波形数据进行存储、处理，然后重现波形，使得用户能够在时域上直观地观察被测信号。

随着通讯、数据存储领域中高速、复杂信号的变化，对数字示波器的分析能力提出了更高的要求，而数字示波器对高速信号分析能力依赖于高带宽、高采样率。

数字示波器的采样率以平均每2～2.5年的速度成倍增长，而通道带宽却因模拟器件的限制，平均每4年才实现成倍增长。

虽然峰值网络能有效的提高示波器带宽，但信号还原代价高，尤其是对脉冲响应以及频响平坦度的测试。然而系统噪声、频域响应、时域响应三者是相互制约的，峰值网络提高通道带宽，会对输入信号引入噪声；过度的频域补偿也会对时域信号引入过冲或阻尼，因而，从模拟角度补偿示波器带宽，会导致三者的关系进一步恶化。

同时，信号保真度是评价数字示波器性能最主要的衡量标准，而脉冲响应方式则是数字示波器高保真还原信号真实面目的非常重要的环节。信号保真度定义为显示在数字示波器屏幕上的波形与被测波形间的拟合程度，而脉冲响应方式表征示波器系统对输入激励不同频率成份的幅度和相位的表现。信号的还原度依赖于数字示波器的通道带宽，因此，需要提高数字示波器的通道带宽。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中数字示波器通道带宽补偿装置的不足，提供一种不会引入过冲的数字示波器通道带宽补偿装置。

为实现上述目的，本发明的数字示波器通道带宽补偿装置，其特征在于，包括：

一通道补偿滤波器，其输入连接到输入通道高速模数转换器的输出端，用于接收输入通道高速模数转换器输出的波形数据，并进行频率响应补偿后输出；所述的通道补偿滤器具有与输入通道频率响应互逆的幅频特性；

一低通滤波器，其输入连接到通道补偿滤器输出端，用于将通道补偿滤波器行频率响应补偿后的波形数据进行二次滤波，实现输入通道的理想通道响应，二次滤波后的波形数据送到数字示波器显示处理系统进行显示；所述的低通滤波器的幅频特性根据所需通道要求的指标进行设计。

本发明的发明目的是这样实现的。

1、数字示波器的幅频特性

由于数字示波器输入通道前端模拟部件呈现出低通滤波特性，对输入信号的不同频率成份的通过能力不一致，高频分量的幅度衰减率要大于低频分量衰减率，因此，幅频响应曲线不是线性变换，而是呈滚降(RollOff)趋势，尤其对高于示波器-3dB带宽的频谱成份更是表现出急剧滚降特征.根据幅度响应曲线的不同滚降方式，数字示波器输入通道主要有两种幅频响应类型，分别是平坦化响应(Flat Response)和贝塞尔响应(Bessel Response)。

平坦化响应有两大优点。第一是信号在-3dB带宽之前的幅频响应较为平坦，衰减较小，可进行非常精确的测量。第二是超过-3dB带宽后，频响曲线急剧下降，高频成份被有效截止，通过的低频成分都能被后端ADC高保真采样，因而可大大减小数字示波器中的采样混叠机会，降低了波形失真度。平坦化响应示波器尽管有这些突出的优点，但也有非常显著的缺点：由于平坦响应截止了大量的高频谐波，因而表现出比较大的过冲和振铃现象，尤其是在信号上升时间很快，远远超过示波器可精确测量范围时，这种负面效应更为突出。

贝塞尔幅频响应对超过-3dB带宽的高频成分衰减速率相对较慢，因而表现出较小过冲和振铃的较好脉冲效应。但由于在-3dB带宽内对信号幅度响应相对来说不是很平坦，而且在-3dB带宽外会拖出一条较长的尾巴，这样使得后面的ADC需要更高的采样率才能确保不发生频率混叠现象。

2、频率响应补偿基本原理

在本发明中，根据数字示波器输入通道频率响应的幅频特性，设计了一个与输入通道频率响应互逆的幅频特性的通道补偿滤器连接到输入通道高速模数转换器的输出端，将输入通道频率响应综合成增益为常数的直通滤波器后，再根据所需通道响应的指标要求设计一个低通滤波器进行二次滤波，实现数字频域响应补偿的数字信号处理系统。

其基本步骤是：

(1)、首先，我们利用通道响应测试方法，获取数字示波器输入通道幅频特性；

(2)、经过根据输入通道频率响应的逆来设计通道补偿滤波器，则步骤(1)与步骤(2)的综合响应为一幅值增益为常数的直通器；