[发明专利]一种基于增益判断的示波器自动校准方法

说明书

本发明公开了一种基于增益判断的示波器自动校准方法，首先计算示波器各个幅度档位对应的数控衰减器的理论增益控制字，然后在每个幅度档位自动校准之前，从现有校准数据中读取当前幅度档位对应的数控衰减器增益控制字，如果在理论增益控制字的误差范围内，则执行该幅度档位的自动校准，否则跳过该幅度档位，在所有幅度档位校准完成之后，向用户输出自动校准信息以提示用户。本发明通过预先进行增益判断，避免了传统自动校准过程中增益有误时的超时等待时间，也可以有效避免由于增益有误产生的死循环，减少增益有误时的示波器自动校准时间，提高示波器自动校准效率与用户感受。

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于增益判断的示波器自动校准方法。

背景技术

示波器作为一种使用广泛的通用仪器，使用非常广泛。示波器要观察信号，首先要进过模拟通道的调理后，才能进行有效观察。模拟通道涉及增益调节、零偏调节、移动线性调节等，这些调节有些是在出厂前必须调节好的，比如增益控制，有些需在出厂后，随着使用时间的增加，可由用户进行调节的。示波器的自动校准功能主要包括零偏校准、移动线性校准、触发校准等。

图1是示波器的模拟通道示意图。如图1所示，信号在进入增益放大器、衰减器之前，通过DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)在信号上加减一个小的偏置电压，通过调整此偏置电压来改变信号在后续用于信号采集的ADC(Analog-to-DigitalConverter模数转换器)上的输入电压，从而实现移位和零偏调节。DAC是一个数字模拟转换器，其调节是线性的。例如型号为MAX5136的16位DAC，每个步进可实现37.23μV的电压步进。衰减器可采用PE4302，PE4302是6bit数控衰减器，控制字范围(0x00～0x3f)，每个字对应0.5dB衰减。垂直灵敏度档位和控制字之间的关系由ADC的峰峰值电压Vpp决定。

此外，不同档位范围可附加固定倍率的放大、衰减。比如2mV固定放大10倍，5mV～100mV没有固定衰减和固定放大，200mV～2V固定衰减为20倍，没有固定放大，5V以上的档采用1000倍衰减。

校准零偏和移位线性的基本原理为：通过调节偏置DAC的输出，使其叠加到理论为0V平的输入上，经过增益放大、衰减，再通过ADC采集，然后分析ADC量化的数据，使其读数为0V。这个过程是一个反复调整和逼近的过程。

偏置DAC的调节的最小步进Step为37.23μV，假设一个待校准档位为50mV，采用8位的ADC进行采集，这样每位ADC量化的读数最小分辨率为2mV。假设增益为AMP，零偏调节字为Bias,通过ADC量化后读取的信号的电压为Disp_volt，则存在如下公式：

Step×Bias×AMP＝Disp_volt

假设Bias最小为1，那么以上公式可以简化为：

Step×AMP＝Disp_volt_min

以上述示波器为例，计算其部分档位最小ADC量化显示分辨率。表1是示波器最小ADC量化显示分辨率列表。