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5GSPS的LXI示波器模块硬件设计

刘洋  
【摘要】:随着仪器技术的进步和现代测试测量技术的快速发展,具有许多先进功能的数字存储示波器在国民生产和国防建设中扮演着越来越来重要的角色。LXI示波器是基于LXI接口的一种数字存储示波器,其具有高速数据吞吐、连接方式简单、编程环境灵活、IEEE1588精确定时同步等优点,在分布式测试领域有广阔的应用前景。目前,国内的LXI示波器产品十分稀少,一些关键指标如采样率、模拟带宽等都远远落后于国外同类产品,因此研究设计出具有高采样率、高带宽、大存储深度的LXI数字存储示波器对于打破国外技术垄断、推动国内LXI示波器技术发展具有重要意义。 本课题以5GSPS的LXI示波器模块的硬件系统设计及其实现为目的,在LXI示波器硬件系统总体设计基础上,主要完成了信号调理电路设计、数据采集存储与控制电路设计、LXI接口电路设计等研究与设计工作,其具体研究设计内容如下 1.信号调理电路设计:该部分电路是被测模拟信号在被ADC采集前的信号通路,它负责调节模拟信号的幅度增益与直流偏置,使之满足后级采集电路对输入信号范围的需要,同时它还能产生系统需要的边沿同步触发信号。本文通过多级衰减、放大电路的设计,以信号调理通道与触发通道为组成部分,实现1MΩ输入阻抗时200MHz带宽和50Ω输入阻抗时500MHz带宽的模拟信号通道。 2.数据采集存储与控制电路设计:本文采用两片FPGA加一片ADC采集构架,利用5GSPS采样技术实现高速数据采集。两片FPGA在双通道模式时独立工作,在单通道模式时协同工作,实现了通道控制、ADC控制、锁相环电路控制、存储控制、时基控制、地址译码等功能。 3.LXI接口电路设计:通过MAC层芯片DM9000E、PHY层芯片DP8384以及FPGA内部的高精度时钟同步接口模块实现了LXI接口。 LXI数字存储示波器硬件系统设计完成后,进行了各部分电路及整机的调试与试验,其中也进行了改进设计与反复调试,最终试验结果表明各项指标和功能都达到了设计要求并基本实现了本课题的预期目标。


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