基于NTN校準技術的高速采樣示波器的頻率響應估計研究.pdf

1、隨著采樣技術的不斷進步，超高速波形數(shù)字化系統(tǒng)的實時及等效采樣速率有了極大提高，然而其頻率特性的校準面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。人們通常使用掃頻法來計量寬帶采樣示波器的幅度響應特性，而相位響應特性是近十多年來國際無線電計量界研究的熱點。NTN(Nose-to-Nose)校準技術是為確定寬帶示波器的沖激響應，尤其是相位響應而提出的一種新方法。即不采用任何標準工具，將兩臺相同的寬帶示波器的輸入端直接對接起來，進行系統(tǒng)復傳遞函數(shù)的測量和校準。
　　實

2、際NTN測量中，由于電路硬件非理想性的影響，采樣電路的沖激響應會產生失真，這些影響主要包括：時基失真、時基漂移、加性噪聲、共模干擾、失配誤差以及抖動等。因此必須在嚴格實驗條件下進行數(shù)據(jù)的測量，之后針對上述誤差進行估計和修正，從而獲得采樣電路“真實的”的幅度、相位響應，這一結果可作為標準用于寬帶采樣示波器的幅度和相位校準?；谏鲜龉こ虘帽尘?，本論文把NTN校準技術和寬帶采樣電路相位誤差作為主要研究內容，在吸收了國內外最新研究成果的基礎上

3、，采用理論分析、仿真研究和實驗驗證的技術路線，對其進行了系統(tǒng)、深入的研究。
　　論文中詳細地研究了NTN校準過程，確定了用于NTN校準的各種數(shù)據(jù)采集方案，包括抑制共模干擾的NTN數(shù)據(jù)采集方案、用于估計時基失真的正弦擬合數(shù)據(jù)采集方案以及用于適配器失配誤差修正的S參數(shù)數(shù)據(jù)采集方案。
　　本文系統(tǒng)地研究了NTN數(shù)據(jù)處理方案。研究了修正時基漂移的質心法和互相關方法等噪聲信號對準方法，全面系統(tǒng)地分析了時基失真產生的原因，提出了一個改進

4、的時基失真的數(shù)學模型。研究時基失真估計的正弦擬合算法以及加速收斂的算法，估計所用示波器的時基失真，并提出了新的時基失真的修正方法；提出了一種新的估計時基失真不確定度的方法；提出了失配修正因子的計算公式；經過一系列誤差以及失真修正的數(shù)據(jù)經過處理就可獲得采樣電路的沖激響應、階躍響應及上升時間等結果。將獲得的幅頻特性和傳統(tǒng)的掃頻法的幅頻特性進行對比，驗證其有效性和實用性。
　　由于射頻微波元件制造工藝的復雜性以及測量技術的限制，目前尚不

5、能直接測量出寬帶采樣示波器內部采樣電路中各個元件對相位響應的影響，但是可通過仿真建立默認采樣電路模型并將各個元件參數(shù)化，就可以通過改變電路參數(shù)來獲得各個元件對采樣電路相位響應的影響。通過設計采樣電路的模型參數(shù)，使仿真的NTN沖激響應與實際測量重構的高速采樣示波器沖激相應波形基本相似。當仿真結果和測量結果近似時，可以通過仿真試驗估計出采樣電路對相位誤差的影響，這和實際的物理采樣電路對相位誤差的影響是相同的，而該誤差的影響目前卻無法通過實際

6、測量實驗確定。
　　在高速采樣示波器的內部采樣電路SPICE仿真模型的基礎上，分析了內部采樣電路產生相位誤差的原因，仿真NTN校準過程，計算采樣電路模型的相位誤差；逐一改變模型的各個參數(shù)，研究這些參數(shù)與相位誤差之間的關系,從采樣電路各個元件不確定度的實際范圍出發(fā)，在各個參數(shù)不確定度均為±10％的前提下，分別量化分析采樣電路每個元件參數(shù)的變化對相位誤差的影響?；贐類不確定度估計理論，將參數(shù)的影響加以綜合，獲得相位誤差的不確定度。并