外接式混合信号分析仪的逻辑分析模块硬件设计

论文摘要

混合信号分析仪作为一种新型的测试仪器,兼具逻辑分析仪的数据域分析能力和数字存储示波器的时域分析功能,被广泛应用于测试领域。基于USB(Universal Serial Bus)接口的外挂式虚拟测试仪器因具有低成本、易携带和易扩展等特点而逐渐成为廉价型虚拟仪器系统的主流。外接式混合信号分析仪主要由逻辑分析模块和示波器模块两个部分组成。本课题研制目标是逻辑分析模块的硬件部分设计。重点讨论了逻辑分析模块的整体方案设计、大容量高速数据采集、存储电路设计以及混合触发电路的设计。其中,信号模拟波形与信号逻辑波形的采集基于同一个主时钟,保证了采集数据的相关性;在波形显示界面上也采用相同的时基,保证了模拟波形与逻辑波形具有相同的时间基准;在混合触发电路中产生的触发信号同步触发两个采集模块,使模拟波形与逻辑波形的采集窗口(相对于触发点)一致以及采用串并转换技术实现高速采样是本设计的创新点。本文的主要工作内容有:1.数据采集通道部分设计:包括逻辑探头的设计、输入信号的数字化处理、门限电平产生电路和数字模拟信号复用电路的设计。该部分实现了逻辑分析模块的前端信号采集和处理,同时为示波器模块提供一路信号输入。2.数据采集与控制模块设计:该部分是逻辑分析模块的核心部分,主要在FPGA中实现。包括时钟电路的设计、定时/状态分析采样电路的实现、混合触发电路设计以及存储控制电路的设计。3.USB接口电路设计:该部分分析了USB协议的基本特性、USB接口芯片与数据采集电路部分的信号连接以及固件程序设计。4.硬件调试说明和设计改进。经测试表明,该逻辑分析模块具备了较强的逻辑分析能力,USB接口有良好的数据传输能力,能满足高速信号分析的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 混合信号分析仪的应用与发展
• 1.1.1 信号完整性测试的需求
• 1.1.2 外接式混合信号分析仪的发展
• 1.2 混合信号分析仪的设计要求和主要技术指标
• 第二章 外接式混合信号分析仪系统设计
• 2.1 外接式混合信号分析仪总体方案设计
• 2.2 逻辑分析模块硬件方案设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 逻辑分析模块硬件电路设计
• 3.1 数据采集通道电路设计
• 3.1.1 探头电路设计
• 3.1.2 通道板电路设计
• 3.2 数据采集与控制
• 3.2.1 时钟产生电路
• 3.2.2 定时分析采样电路实现
• 3.2.3 状态分析采样电路实现
• 3.3 混合触发电路设计
• 3.3.1 混合触发功能
• 3.3.2 触发识别电路
• 3.3.3 预触发与延迟触发电路
• 3.4 存储控制电路实现
• 3.4.1 地址产生电路
• 3.4.2 存储器控制
• 3.5 寄存器读写与地址译码电路设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 USB 接口硬件及固件程序设计
• 4.1 USB 的基本特性
• 4.2 USB 接口硬件设计
• 4.2.1 FX2 芯片结构及特性
• 4.2.2 接口电路设计
• 4.3 固件程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统调试与测试
• 5.1 硬件调试
• 5.2 基本功能测试
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录