[发明专利]一种具有自动校准功能的数字示波器多路ADC交叉采样电路及其校准方法

说明书

本发明属于信号处理技术领域，涉及数字示波器多路交叉采样电路及校准方法。一种具有自动校准功能的数字示波器多路ADC交叉采样电路，主要由校准信号生成模块、时钟发生与同步模块、采集模块以及数字信号处理模块组成。本发明通过多路ADC交叉采样，提高采样率，同时支持多路ADC的增益、偏置和相位的自动校准，尤其当环境温度出现变化时，电路具有温度识别功能，可识别温度变化，重新实现自动校准，从而保证采样波形的正确性。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，涉及数字示波器多路交叉采样电路及校准方法。

背景技术

模数变换器(ADC)是示波器的核心元器件，决定了示波器的带宽、采样率和垂直分辨率三项核心指标。受国内半导体工艺水平的限制，国内一直无法研制大带宽、高采样率的ADC芯片。为提高示波器的采样率，国内示波器厂家利用多片ADC芯片通过时域交织技术来实现。

由于多片ADC芯片各自的差异性，不同ADC芯片在相同条件下对同一信号的量化也并不完全一样，误差主要分为增益误差、偏置误差和相位误差，并且误差随着仪器的老化、温湿度的变化而变化，造成校准参数失配。

由于缺乏高采样率的模数变换器芯片，国内数字示波器的采样率最高10GSa/s，尚未有更高采样率的示波器推向市场。部分国内示波器厂家利用2片2GSa/s采样率的ADC芯片进行时域交织，利用2片ADC的时钟相位相差180°实现4GSa/s的采样率。随着单片ADC采样率达到了10GSa/s，多路ADC之间的校准变的非常困难，对校准电路和校准算法的精度提出了更高的要求。

现有的校准技术主要针对低采样率的ADC实现2路低采样率的ADC交叉采样，校准时主要校准增益误差和偏置误差，并不校准相位误差，同时校准只是在示波器出厂时校准一次。随着仪器的老化、温湿度的变化，示波器会出现校准参数失配的现象，采样波形发生失真，导致示波器工作异常。

发明内容

针对现有技术中数字示波器多路ADC采样及校准存在的缺点，本发明提供一种数字示波器多路ADC交叉采样电路及校准方法，通过多路ADC交叉采样，提高采样率，同时支持多路ADC的增益、偏置和相位的自动校准，当温度环境出现变化时，校准电路具有温度识别功能，可识别温度变化，重新实现自动校准，从而保证采样波形的正确性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种具有自动校准功能的数字示波器多路ADC交叉采样电路，主要由校准信号生成模块、时钟发生与同步模块、采集模块以及数字信号处理模块组成；所述校准信号生成模块与采集模块连接，配置为产生2ⁿ路ADC的增益和相位校准信号，并将产生的校准信号输入所述的采集模块，n为正整数；所述时钟发生与同步模块配为置产生2ⁿ路ADC所需的校准时钟信号，使2ⁿ路ADC在相应时钟信号的作用下同步采集；所述采集模块由2ⁿ个10GSa/s采样率的ADC组成，配置为在所述时钟发生与同步模块产生的2ⁿ个时钟信号控制下，对校准信号生成模块的校准信号进行模数转换，生成2ⁿ路数据流和2ⁿ个数字时钟信号；所述数字信号处理模块配置为在2ⁿ个数字时钟信号的控制下，接收2ⁿ路数据流，并对所述数据流进行处理和运算，完成采集数据的校准。

作为本发明的一种优选方式，所述的校准信号生成模块包括直流信号生成单元、正弦信号生成单元、开关选择单元和信号分配单元，所述直流信号生成单元主要产生2ⁿ路ADC的增益和相位校准所需要的直流信号；正弦信号生成单元主要产生相位校准所需要的正弦波信号；开关选择单元主要用于切换直流信号和正弦信号的输出，用于增益、偏置和相位的校准；信号分配模块主要将校准信号分成2ⁿ路CH[1:2ⁿ]同时送给采集模块，用于校准数据的输入。

进一步优选地，所述的直流信号为后端ADC满量程的1/8和7/8。