张慧[1]2006年在《数字存储示波器中的数字信号处理研究》文中研究说明上个世纪七十年代以后,随着数字技术理论的日益成熟和数字电路、大规模集成电路以及微处理器技术的飞速发展,尤其是高速模/数(A/D)转换器和半导体存储器(RAM)的发展,一种新型的示波器――数字存储示波器DSO(Digital Storage Oscilloscope)诞生并迅速发展起来。如今的高速数字系统中,由于失配或未接终端传输线引起的反射、窜扰或地电位跳动、总线竞争产生的毛刺、震荡往往是非周期性的,从而对于数字化示波器而言,除了要求有高的实时采样速率外,还要求有较高的波形分析细节。因此,是否能很好的恢复和重建原信号对于数字存储示波器就显得很重要,而要做到这一点就要靠数字信号处理技术在数字示波器中的应用。本文就主要介绍了数字信号处理技术中的插值算法、FFT算法、以及平均和平滑算法在数字示波器中的应用。主要内容如下:首先,简单的介绍了数字存储示波器的基本组成,包括数字存储示波器数据采集和存储模块,数据处理模块。其次,通过对数字内插算法的描述、算法分析、编程实现、误差比较,获得满足要求的数字内插实现。主要分析了下列要素:每周期采样点数、计算所用点数和插值倍数,其中任一个参量发生改变时的均方误差情况比较,并把程序运行的数据结果输入matlab后作出波形图,从而比较正弦插值和线性插值对几种不同波形的恢复结果,原始波形是正弦波时正弦插值的效果比较好,而方波和叁角波则是线性插值的效果较好;对于方波采用正弦插值时,针对方波上升沿采样问题作了详细的研究;同时如果原始采样点数和计算所用点数如果过多,计算量就太大,所以针对原始采样点数较少的情况,根据分析的结果找到每种波形最理想的插值参量,达到最优的波形恢复效果。然后,用分裂基频率抽取法实现FFT算法,分别用ccs和matlab进行结果输出比较,并分析相关误差。最后,对信号中的噪声进行平均算法处理,从而获得理想波形结果输出。
熊维族[2]2001年在《高速数字存储示波器中的数字信号处理技术研究》文中研究说明本文介绍了高速数字存储示波器中的数字信号处理技术算法及实现。 通过对数字滤波器算法的描述、算法分析与实现、实验仿真、误差比较，及速度比较，本文最终获得满足要求的数字滤波器实现。 通过对数字内插算法的描述、算法分析与实现、实验仿真、误差比较，及速度比较，本文最终获得满足要求的数字内插实现。 通过对波形运算算法的描述、算法分析与实现、实验仿真，本文最终获得满足要求的波形运算实现。
冯伟[3]2007年在《双通道100MHz数字存储示波器的研制》文中认为在电子测量中,示波器是一种最常用的仪器。随着计算机技术、微电子技术的飞速发展,上百兆的高频信号在电路中已经普遍出现。数字存储示波器以其强大的功能已经逐步取代模拟示波器,并占领市场。在国外,数字示波器技术已经非常成熟。在国内,数字存储示波器的研制还处于起步阶段。因此,自主研制数字存储示波器意义重大。本文的目的就是研制出具有自主知识产权的数字存储示波器产品。在广泛借鉴和吸收国内外数字示波器技术的基础上,本文对数字示波器的基本原理进行了阐述,对数字存储示波器设计中的关键问题,如高采样率的实现,宽带模拟信号调理电路的设计,高速数据采集系统的设计,波形显示和恢复等问题进行了详细的论述,并提出了可行的解决方法。本文研制的数字存储示波器使用了高性价比器件,并有效的结合采样技术使得设计不仅达到较高的性能指标,而且降低了成本。其特点是:整个系统采用DSP+FPGA+高速ADC+彩色LCD结构;采用“时分多路并行采样”技术实现高达800MSPS的实时采样率;采用高性能的DSP(BF531)快速的完成数据运算和处理;采用大容量的Cyclone系列FPGA(EP1C6)实现高速数据的传输和复杂的逻辑控制;采用高速低噪声集成运放实现100MHz的模拟带宽。最终设计完成最高单通道实时采样率800MSPS,双通道400MSPS,模拟带宽100MHz,8位垂直分辨率,彩色LCD显示,多种触发方式。
包可佳[4]2007年在《基于FPGA的高速实时数字存储示波器设计》文中研究说明数字存储示波器(DSO)上世纪八十年代开始出现,由于当时它的带宽和分辨率较低,实时性较差,没有具备模拟示波器的某些特点,因此并没有受到人们的重视。随着数字电路、大规模集成电路及微处理器技术的发展,尤其是高速模/数(A/D)转换器及半导体存储器(RAM)的发展,数字存储示波器的采样速率和实时性能得到了很大的提高,在工程测量中,越来越多的工程师用DSO来替代模拟示波器。本文介绍了一款双通道采样速率达1GHz,分辨率为8Bits,实时带宽为200MHz数字存储示波器的研制。通过对具体功能和技术指标的分析,提出了FPGA+ARM架构的技术方案。然后,本文分模块详细叙述了整机系统中部分模块,包括前端高速A/D转换器和FPGA的硬件模块设计,数据处理模块软件的设计,以及DSO的GPIB扩展接口逻辑模块的设计。论文在分析了传统DSO架构的基础上,提出了本系统的设计思想和实现方案。在高速A/D选择上,国家半导体公司2005年推出的双通道采样速率达500MHz高速A/D转换器芯片ADC08D500,利用其双边沿采样模式(DES)实现对单通道1GHz的采样速率,并且用Xilinx公司Spraten-3E系列FPGA作为数据缓冲单元和存储单元,提高了系统的集成度和稳定性。其中,FPGA缓冲单元完成对不同时基情况下多通道数据的抽取,处理单元完成对数据正弦内插的计算,而DSO中其余数据处理功能包括数字滤波和FFT设计在后端的ARM内完成。DSO中常用的GPIB接口放在FPGA内集成,不仅充分利用了FPGA内丰富的逻辑资源,而且降低了整机成本,也减少了电路规模。最后,利用ChipscopePro工具对采样系统进行调试,并分析了数据中的坏数据产生的原因,提出了解决方案,并给出了FPGA接收高速A/D的正确数据。
王起[5]2018年在《示波器数据处理方法研究及其逻辑电路实现》文中认为纵观示波器的发展进程,示波器承载的功能越来越多。因此示波器数据处理技术正越来越趋于复杂化和多元化,这就对示波器数据处理的理论和方法提出了更高的要求。根据这一变化,很多中高端示波器生产厂家都积极参与到示波器数据处理技术研究的浪潮中,同时FPGA技术的发展,使得数据处理算法从纯软件中解放出来,并且将处理算法放在FPGA中对示波器的波形刷新率等里面都有显着提升。本论文以PXI总线示波器模块为平台,对示波器数据处理所涉及到的触发同步、硬件插值、带宽平坦度补偿等技术进行了研究,并进一步给出性能分析;其次从示波器数据处理的层次上考虑各模块彼此间的性能制约,从而合理配置且优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化;最后给出示波器数据处理在测试中产生的波形,并作测试结果分析。以下为主要研究内容:(1)数字触发同步。由于高采样示波器中使用了多核或多片ADC,高速数据流解串使得一个随路时钟对应多个采样数据,造成采集到的信号在示波器界面显示时有数字毛刺和若干像素点左右抖动的现象。为了解决这个问题,利用FPGA相位控制技术与外部触发解串采样电路来实现ADC数据的相位对齐和采样点与触发点的一一对应,从而改善了波形显示效果且提高了数字触发同步精度。(2)硬件插值技术。本文首先对比了几种典型的插值算法,并选取线性插值和正弦插值作为示波器中常用的插值方法来进行硬件实现。然后分析了低通滤波器的关键参数对插值后滤波性能的影响,且实现了低通滤波器的设计。最后通过MATLAB与ModelSim仿真以及实际平台的验证测试,硬件插值效果达到了课题要求。(3)带宽平坦度补偿技术。本文创造性地提出了数字补偿滤波器的设计技术,用于改善示波器的带宽平坦度指标。首先比较了2种获取示波器通道幅频特性的方法,选取扫频方式获得待补偿滤波器的设计参数。其次详细地分析了补偿滤波器关键参数对性能的影响,在此基础上提出了修正滤波器幅度矩阵用以降低滤波器阶数的方法,实际证明效果明显。最后结果表明数字补偿示波器能够解决通道带宽不平坦的问题,从而使得带宽指标达到了课题要求。
崔小辉[6]2008年在《基于ARM的便携式数字示波器的设计》文中研究指明随着电子测试技术的不断发展,测试技术正向自动化、智能化、数字化和网络化的方向发展。同时,数字存储示波器得到越来越广泛的应用,并逐步有取代模拟示波器的趋势。但由于台式数字示波器体积过于庞大,不方便携带进行现场测试和野外作业,己经越来越不能满足人们的生产需要。因此便携式数字存储示波器便孕育而生。ARM处理器的广泛应用及嵌入式操作系统的发展,使示波器的设计有了新的思路。本文结合ARM处理器的结构及特点,进行了以Intel XScale PXA255处理器为核心的便携式数字存储示波器的设计。在本文中,硬件的设计基于Intel XScale PXA255处理器,同时在外围扩展了FLASH & SDRAM存储、LCD显示、触摸屏输入等模块,并进行了数字示波器数据采集系统电路的设计。本文的软件设计方案基于嵌入式Linux操作系统,进行了Linux 2.4.18内核的移植。同时,为了实现良好的示波器用户图形界面,还进行了MiniGUI图形系统的移植及程序编写。本设计的实现过程显示了软硬件协同工作的特点,实现了较好的示波器数据采集及波形显示效果,经过对数字存储示波器各个部分仿真、实验及测试,基本达到了设计要求,特别是在用户图形界面GUI的设计上,采用了MiniGUI图形库进行软件开发,实现了良好的示波器人机交互界面。
叶芃[7]2009年在《宽带时域采集系统技术研究》文中研究指明随着电子信息技术的不断发展,系统时钟频率成倍提高,信号时序裕度急剧减小,瞬变信号和异常问题变得突出；信号带宽增长极为迅速。信号的复杂化给以数字示波器为代表的时域测量仪器提出了新的挑战,具有足够高的信号实时捕获性能以及宽带采样能力,成为了宽带时域采集系统的两大发展方向。然而,由于受到器件以及生产工艺等方面因素的限制,如何在现有硬件条件下最大限度提高信号实时捕获能力和尽可能不失真地提高实时采样率,是宽带时域采集系统研究领域中面临的重大难题。本文结合攻读博士学位期间承担的纵向电子仪器研究任务和横向合作项目,着眼于数字叁维示波器、宽带并行采样数字存储示波器等高性能测试仪器的技术实现,主要从如下几个方面展开了深入的研究：1.提高信号实时捕获能力的方法——数字叁维波形映射技术。建立了数字叁维映射的基本模型,深入分析了影响数字叁维映射效率的各项因素,并由此得出改进的映射器阵列模型,分别提出了与各种数学模型相对应的示波器波形捕获率的计算公式。针对两种不同的映射模型,以双通道1GSPS数据采集系统为平台设计并实现了相应的数字叁维示波器波形映射系统。2.数字叁维示波器波形捕获率测试方法。研究了数字叁维示波器波形捕获率与“死区时间”的关系,讨论了一种通过外特性对示波器波形捕获率进行测试计量的方法。通过该方法,用户或第叁方能够完成实测任意一台示波器,精确得出该示波器的实际波形捕获率。同时,分别用该方法以及研究点1中讨论的波形捕获率计算公式对设计实现的数字叁维示波器进行测试计量,对映射模型和映射效率计算公式进行验证。3.并行采样系统幅度误差校正方法。讨论了时间交替并行采样系统中通道失配误差的产生原因,从采集模型角度出发,研究了一种可对幅度失配误差进行综合估计与校正的方法,通过一次校正,即可同时解决偏置和增益误差的问题。4.非均匀信号重构。分析了时间交替并行采样系统中时间失配误差对信号所引入的非均匀问题,给出了非均匀条件下自适应重构的可行方案,避免了原有信号重构方法所导致的带宽损失；使用窗函数,减少频谱延拓；并讨论了非均匀下的波形重构技术与非均匀校正后的波形重构算法的资源消耗及算法效率,给出了非均匀系统综合信号重构方法。5.通道频响补偿。分析研究了数字存储示波器的带宽特性。通过系统实际通道频率响应的测试方法,奠定了从数字信号处理角度进行通道频响补偿滤波器设计的基础,并利用贝塞尔幅频响应与线性相位做进一步优化与约束,以获得更好的信号还原度。
罗婷婷[8]2010年在《数字示波器中高速实时数据处理技术的研究》文中提出数字示波器是集数据采集、A/D转换以及软件编程等一系列的技术而制造出来的高性能示波器。能为用户提供波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等功能。一台好的数字示波器,不仅要有较高的采样率,以便能很好地重建原信号,还需要有很强地波形分析的能力。要做到这些,都得靠数字信号处理技术在数字示波器的运用。而随着对数字示波器性能的要求逐渐提高,DSP处理器的运算速度渐渐不能满足要求。于是,基于硬件的高速数据处理成为了数字示波器一个新的研究方向。本文主要介绍了在FPGA中实现数字信号处理技术中的插值算法、FFT算法以及运用DSP技术来校正误差。插值算法对于数字示波器来说,是必须采用的数字信号处理技术,在以往的研究中,都是用DSP处理器来实现的,速度渐渐不能满足要求。插值算法包括正弦插值,线性插值等。本文采用的是正弦插值,是基于低通滤波器来实现的,根据数字示波器的时基档来确定需要插值的倍数,从而根据正弦插值的公式计算出系数,利用FPGA中丰富的乘法器加法器资源来编程实现。FFT算法在数字示波器中,主要用于计算波形的频谱,便于分析波形细节。本文设计了1024个精度为8位的采样点的FFT运算,在DSP处理器中运算,效率太低,所以移植到FPGA中来实现。本文设计FFT算法的流程为:首先利用对Xilinx公司软件ISE自带的FFT IP CORE进行端口设置,生成代码,再加入ISE工程,进行仿真,将仿真结果与Matlab中的仿真结果进行对比分析。为了弥补国内数字示波器实时采样率的不足,采用时间交替并行采样技术,用多片相对低采样率的ADC并行采样拼合成高采样率。但由于工艺等原因,会造成通道失配误差,如偏置误差、增益误差和时延误差。本文提出一种综合校正方法,能同时校正叁种误差,有效提高数字示波器的整机性能。由于研究的深度和广度不足,所以研究成果离国际先进水平还有很大一段距离,文章最后对下一步的工作进行了展望。
李悌汉[9]2017年在《基于交替采样重组技术的便携式数字存储示波器的研究与实现》文中进行了进一步梳理示波器广泛应用于通用电子设备的测量和测试领域。目前,国内外有许多不同性能和不同类型的示波器,根据其实现机制分为两类,如传统模拟示波器和数字示波器。通过大量的市场研究和相关数据采集,我们知道绝大多数数字示波器基于大规模集成电路或数字信号处理器作为核心控制器,仍然保留了传统示波器的类型,同时带有非常丰富多彩的外设功能,包括网络、音视频和外部存储等。但是在手持便携数字示波器领域,即具备有相当的性能水平,又有较高性价比的产品还比较少。在深入研究和专研数字存储示波器工作原理的前提下,本设计选用可编程门阵列(FPGA)作为主控核心,并且芯片内部集成NIOSⅡ软核,同时合理分配硬件逻辑处理部分和软核软件处理部分,再加上配合外围示波器模拟电路和控制单元模块,实现交替采样重组技术。实现并完成了具有较高性价比的便携式数字存储示波器。
蒋俊[10]2017年在《基于信息熵的实时信号测量技术及其应用研究》文中进行了进一步梳理现代电子信号日趋复杂多样,信号所携带的信息表现出更加相异、随机和量大等特点。如何高效提取信号所携带的信息,实现宽带、瞬态非平稳信号的实时采集与分析给现代信号测量提出了挑战。一方面,我们追求更高速度和更高精度的采集,以尽可能多的捕捉信号细节信息;另一方面,高采样率和高分辨率采集获得的海量数据,又给信号的实时处理与分析带来了困难,影响系统响应。为了应对这一挑战,基于实时采样、实时处理的时域测量技术得到了广泛关注,并发展成为了现代信号测量的主流。时域测量的核心指标主要有两个:一是测量精度,二是测量速度。在以A/D转换为基础的时域测试系统中,信号采集与处理的精度和速度是确保时域测量性能的关键。信息熵以数值形式表达离散随机事件出现的概率,用于度量信息的不确定性程度。从信息熵的角度出发,时域测量面对的瞬态非平稳信号中总是由于迭加有一些异常分量,使得信号的信息熵是相异的,这为运用信息熵分析方法提高信号的实时测量性能提供了支撑。本文以实时信号测量为研究主题,以信息熵分析方法为研究手段,着眼于提高信号时域测量的精度和速度,围绕高分辨率采集、异常信号检测、瞬态信号测量、叁维波形显示、无缝测量以及上述技术在时域测试仪器中的应用展开了如下研究:(1)基于最大熵原理的高分辨率采集算法。提出了一种基于信息熵的采样数据融合和基于平均的抽取滤波算法。以过采样为前提,针对单次采集信号,利用样本的最大熵剔除粗大量化误差,并对有效样本进行数据融合后,再采用基于平均的抽取进一步滤除噪声,提高了采样的有效位数,整个处理过程未添加任何对被测信号的主观假设和约束,也不会影响数字采集系统实际采样率下的模拟带宽;(2)基于奇异谱熵和功率谱熵的异常信号检测方法。以信号的时域和频域信息熵特征为基础,将表征复杂度的奇异谱熵值和功率谱熵值作为信号采集的触发条件,设计了一种基于二次采集触发的异常信号检测系统,通过常规触发和复杂度信息熵触发的二次采集控制,实现了对被测信号的特征提取和异常判别,为在时域测试仪器中实现异常信号检测功能提供了一种新手段;(3)基于近似熵的瞬态信号实时测量技术。以样本近似熵值定量描述被测信号的复杂度(信息量),并基于近似熵的实时控制,自适应的捕获瞬态特征信号,提取关键或有用信息,丢弃冗余或无用信息,从而减少了数据处理和波形显示的负担,提高了瞬态信号测量的实时性,为设计具有“无缝测量”能力的电子测量仪器提供了一种新方法;(4)叁维波形实时显示技术。分析了直接叁维波形成像机制和简单叁维波形映射技术对实现信号实时测量的影响,提出了特殊叁维波形成像机制和叁维波形动态缩放技术,并应用于数字叁维示波器,增强了示波器的实时信号测量能力;(5)无缝测量数字示波器的设计实现。探讨了实现示波器整机“无缝测量”的条件,通过改进测量体系结构和优化波形显示机制,设计了一种具有“准无缝测量”能力的数字示波器。在此基础上,结合基于近似熵的特征信号提取方法,实现了对被测信号时域关键信息的“无缝测量”。此外,该示波器还具有基于奇异谱熵和功率谱熵的采集触发以及基于最大熵的高分辨率采集功能,实现了对被测信号异常信息的检测和采集有效位数的提升。
参考文献：
[1]. 数字存储示波器中的数字信号处理研究[D]. 张慧. 东南大学. 2006
[2]. 高速数字存储示波器中的数字信号处理技术研究[D]. 熊维族. 电子科技大学. 2001
[3]. 双通道100MHz数字存储示波器的研制[D]. 冯伟. 哈尔滨理工大学. 2007
[4]. 基于FPGA的高速实时数字存储示波器设计[D]. 包可佳. 南京航空航天大学. 2007
[5]. 示波器数据处理方法研究及其逻辑电路实现[D]. 王起. 电子科技大学. 2018
[6]. 基于ARM的便携式数字示波器的设计[D]. 崔小辉. 吉林大学. 2008
[7]. 宽带时域采集系统技术研究[D]. 叶芃. 电子科技大学. 2009
[8]. 数字示波器中高速实时数据处理技术的研究[D]. 罗婷婷. 电子科技大学. 2010
[9]. 基于交替采样重组技术的便携式数字存储示波器的研究与实现[D]. 李悌汉. 青岛大学. 2017
[10]. 基于信息熵的实时信号测量技术及其应用研究[D]. 蒋俊. 电子科技大学. 2017
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