外接式混合信号分析仪示波器模块设计

论文摘要

随着电子技术的发展,在数据测试领域单纯的数字存储示波器或者是逻辑分析仪的功能并不能够完全满足需求,而混合信号分析在数据测试领域测试工具的作用越来越突出。本项目结合国内混合信号分析仪技术的发展现状及市场需求,研制基于USB(Universal Serial Bus)的外接式、具有逻辑分析能力和示波器能力、最高采样率500MHz的混合信号分析仪。利用计算机的强大能力,提高了仪器的数据处理和显示性能,降低了仪器成本。本文探讨了混合信号分析仪中示波器模块的基本工作原理和硬件结构,研究了示波器模块的硬件电路设计和USB接口软硬件的设计。同时也给出了系统的测试方法和结果。本设计采用先进的A/D转换芯片以及现场可编程门阵列(FPGA)器件,实现高速数据采样以及复杂功能如存储控制和触发功能。在高速采样的设计中,我们使用串行接收器来降低后级数据处理电路的工作频率。在数据存储设计中采用了双存储结构。在触发识别方面实现了示波器单独触发、与逻辑分析模块同步触发。示波器模块与逻辑模块的同步触发是本设计的新颖点,串行接收器以及双存储结构方案是实现系统功能的重要内容。随着器件成本的降低和高性能器件的出现,采用该方案完全可以做出更高采样率的产品。USB接口的设计中分析了USB协议的基本特性,研究USB接口芯片与数据采集电路部分的信号连接,重点研究固件结构以及USB块读时采用的波形文件设计。研究并实现了在系统下载固件,该功能的实现便于系统的完善和升级。经测试表明,该混合分析仪具备了较强的模拟和数字分析能力, 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 引言
• 1.1 混合信号分析的应用和发展
• 1.1.1 混合信号分析仪在测试领域的研究意义及应用
• 1.1.2 混合信号分析仪在国内外的发展现状
• 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总体设计
• 2.1 任务需求分析
• 2.2 外接式混合信号分析仪总体结构设计
• 2.3 示波器模块硬件结构设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 示波器模块通道设计
• 3.1 信号调理通道电路
• 3.1.1 无源衰减网络
• 3.1.2 主放大级电路
• 3.1.3 数字步进衰减器
• 3.1.4 ADC 驱动电路
• 3.2 触发电路
• 3.2.1 触发产生电路设计
• 3.2.2 触发门限电平产生电路
• 3.2.3 触发比较电路
• 3.3 通道的状态控制电路
• 3.4 混合信号复用接口电路
• 3.5 高速信号布线遵循的原则
• 3.5.1 电源分配系统
• 3.5.2 传输线及其相关准则
• 3.5.3 串扰及其消除
• 第四章 数据采集与控制
• 4.1 数据采集技术基本理论
• 4.1.1 采样定理
• 4.1.2 采样方式
• 4.1.3 并行时间采样
• 4.2 采集数据电路设计
• 4.2.1 A/D 模数转换器选择
• 4.2.2 A/D 转换器的控制
• 4.2.3 A/D 转换输出数据流同步电路设计
• 4.2.4 时钟电路设计
• 4.2.5 峰值采样
• 4.3 采集数据处理与控制
• 4.3.1 数据接收与转换电路
• 4.3.2 数据的存储与控制
• 4.3.3 触发实现电路
• 第五章 USB 接口电路及固件程序设计
• 5.1 USB 接口电路设计
• 5.1.1 FX2 芯片特性
• 5.1.2 接口电路与地址译码电路设计
• 5.2 固件设计
• 5.2.1 GPIF 传输原理
• 5.2.2 GPIF 块读程序设计
• 第六章 系统调试及验证
• 6.1 系统硬件调试
• 6.2 典型问题及解决
• 6.3 系统验证
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录