一种数字示波器带宽增强方法技术

本发明专利技术公开了一种数字示波器带宽增强方法，通过实际频率响应函数、选取的目标频率响应函数计算出数字带宽增强滤波器的期望频率响应函数。根据期望频率响应函数获得FIR数字滤波器初始系数，然后得到FIR滤波器频率响应函数，并计算性能函数，如果在通带[0，ωc]内，性能函数大于设定的最小值，则对性能函数求偏导，重新计算FIR滤波器的系数、频率响应函数以及误差函数、性能函数并判断，直到性能函数J小于设定的最小值Jmin，用得到的第i次迭代获取的FIR滤波器的系数h(i)(n)构造FIR滤波器作为数字带宽增强滤波器，这样用一个FIR滤波器就实现了现有技术的数字带宽增强滤波器的功能，结构比较简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字示波器
，更为具体地讲，涉及。
技术介绍
在通讯、数据存储技术等领域中，高速、复杂信号的变化，对数字示波器的采集能力提出了更高的要求。而数字示波器对高速、复杂信号的采集依赖于高带宽、高采样率，还原度依赖于数字示波器采集通道的频率响应。受器件离散性和工艺的限制，随着数字示波器带宽的增高，在硬件部分保持良好的幅频响应和相频响应越来越困难，导致了数字示波器测量带宽的下降。虽然峰值网络能有效的提高数字示波器带宽，但信号还原代价高，尤其是在脉冲响应以及频响的平坦度的测试中。同时系统噪声、频域响应、时域响应三者是相互制约的，提高系统带宽，会对输入信号引入噪声；过度的频域补偿也会对时域信号引入过冲或阻尼。从模拟角度修正示波器带宽，会导致三者的关系进一步恶化。因此，在硬件受限的前提下，研究一种数字带宽增强方法势在必行。数字带宽增强方法使用数字滤波器对数字示波器采集后的序列进行信号处理，对通道响应进行校正，提高信号的保真度，等效于增强了采集系统的测量带宽。数字滤波器可以理解为一个计算或算法，将输入数字时间序列信号转换为输出数字时间序列信号，并在转换过程中，使信号按预定的形式变化。1、数字带宽增强基本原理数字示波器对信号的还原能力取决于采集通道的脉冲响应方式，表征了数字示波器对输入激励不同频率成份的幅度和相位的表现，对应于数字示波器的幅频响应和相频响应。1. 1、数字示波器的幅频特性在幅度响应方面，由于采集系统前端模拟调理部分以及ADC器件呈现出低通滤波特性，对输入信号的不同频率成份的通过能力不一致，高频分量的幅度衰减率要大于低频分量衰减率，呈滚降趋势，尤其对高于_3dB带宽的频谱成份更是表现出急剧滚降特征。目前业内主流高性能示波器主要有两种响应类型，分别是平坦化响应(Flat Response)和高斯响应Gaussian Response)，附图说明图1所示为IGHz带宽示波器幅频响应。如图1所示，平坦化响应有两大优点。一是信号在_3dB带宽之前的幅频响应较为平坦，衰减较小，可进行非常精确的测量。第二是超过_3dB带宽后，频响曲线急剧下降，高频成份被有效截止，通过的低频成分都能被后端ADC高保真采样，降低了波形失真度。平坦化响应示波器尽管有这些突出的优点，但也有非常显著的缺点由于平坦响应截止了大量的高频谐波，因而表现出比较大的过冲和振铃现象，尤其是在信号上升时间很快，远远超过示波器可精确测量范围时，这种负面效应更为突出。高斯响应对超过_3dB带宽的高频成分衰减速率相对较慢，因而表现出较小过冲和振铃的较好脉冲效应。但由于在_3dB带宽内对信号幅度响应相对来说不是很平坦，而且在_3dB带宽外会拖出一条较长的尾巴，这样使得后面的ADC需要更高的采样率才能确保不发生频率混叠现象。1.2、示波器的相频特性除了幅度响应外，另外一个紧密相连概念是相位频响。信号从数字示波器前端输入传递到屏幕显示之间，有很多模拟放大器构成一个放大器链，信号通过这些模拟器件需要一定的时间，或称为相位延迟。不同频谱的信号在通过示波器内部通道时会产生不同的延迟，因而方波脉冲的不同谐波频谱的不同传播延迟会导致脉冲相位发生畸变，这种负面效应称为群延迟。对于较低频率信号，群延迟的破坏性效应可以忽略不计，随着频率越高， 这种负面效应是不可逃避的问题。群延迟会使示波器的实际上升时间比标称值更慢，而且会带来更大的抖动噪底。1.3、数字带宽增强在信号高频段，模拟采集通道中高频继电器电阻网络、运算放大器、可变增益调节模块以及ADC模块中各个环节的增益难免会有一定的衰减，均会对通道响应产生影响，最终响应是各个环节频率响应的叠加。同时随环境参数、老化等因素的影响，通道响应也会发生改变，因此需要根据实际的系统通道频域响应实现对频率响应的有效补偿，保证对信号的无失真还原。数字带宽增强是一种在保持硬件不变的前提下，运用数字后处理技术，以数字带宽增强滤波器增强采集系统测量带宽的方法，以提高采集系统的信号还原性。图2是数字带宽增强滤波器设计的基本原理框图。首先，数字带宽增强滤波器是根据实际的系统通道频率响应进行补偿的，保证对信号的无失真还原。需要注意的是，各通道响应不但与实际通道器件参数有关，还与通道衰减档位的设置以及系统环境有关，因此，首先需要测定各条件下采集系统的通道频率响应， 针对不同的通道频率响应进行带宽增强滤波器的设计。其次，因数字示波器不同的响应方式会产生不同特征的被测阶跃脉冲波形，因此在设计中需要根据测试需求选择适合的目标响应类型，例如平坦化响应、贝塞尔响应 (Bessel Response)或高斯响应等，并将此频域指标作为目标频率响应。2、现有技术的数字带宽增强方法在2005年08月03日公布、公开号为CN165(^94A、名称为“数字频率响应补偿器及任意响应发生器系统”的中国专利技术专利申请公布文本中公开了一种用数字带宽增强滤波器增强数字示波器带宽的方法，通过获取输入波形的通道频率响应特性，设计一补偿滤波器，根据通道响应特性的倒数而生成该补偿滤波器的系数。然后在补偿滤波器后设计一响应滤波器，其频率响应与期望的频率响应，即目标频率响应相同，对补偿后的波形数据进行第二次滤波，实现输入通道的期望的频率响应，这样就可以使数字示波器的带宽得到增强。 在该专利技术专利申请中，补偿滤波器和响应滤波器合在一起，相当于数字带宽增强滤波器。但是，该数字示波器带宽增强方法中需要两个滤波器，即补偿滤波器和相应滤波器，结构比较复杂
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单的数字示波器带宽增强方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术数字示波器带宽增强方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、对数字示波器各个条件下的通道响应进行测试，获得实际通道频率响应函数 Ht(eJ")；O)、根据实际测试需要，选取合适的通道频率响应函数作为目标频率响应函数 Hr(eJ")；(3)、根据实际通道频率响应函数Ht (eJ")、目标频率响应函数Hr (eJ")获得数字带宽增强滤波器的期望频率响应函数Hd 权利要求1.，其特征在于，包括以下步骤(1)、对数字示波器各个条件下的通道响应进行测试，获得实际通道频率响应函数 Ht(eJ")；O)、根据实际测试需要，选取合适的通道频率响应函数作为目标频率响应函数 Hr(eJ")；(3)、根据实际通道频率响应函数Ht (eJ")、目标频率响应函数获得数字带宽增强滤波器的期望频率响应函数Hd 2.根据权利要求1所述的数字示波器带宽增强方法，其特征在于，所述的目标频率响应函数的相位响应是线性的。全文摘要本专利技术公开了，通过实际频率响应函数、选取的目标频率响应函数计算出数字带宽增强滤波器的期望频率响应函数。根据期望频率响应函数获得FIR数字滤波器初始系数，然后得到FIR滤波器频率响应函数，并计算性能函数，如果在通带内，性能函数大于设定的最小值，则对性能函数求偏导，重新计算FIR滤波器的系数、频率响应函数以及误差函数、性能函数并判断，直到性能函数J小于设定的最小值Jmin，用得到的第i次迭代获取的FIR滤波器的系数h(i)(n)构造FIR滤波器作为数字带宽增强滤波器，这样用一个FIR滤波器就实现了现有技术的数字带宽增强滤波器的功能，结构比较简单。文档编本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘卉青，田书林，叶芃，曾浩，邱渡裕，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：