CN100383535C

CN100383535C - 一种校准宽带取样示波器的方法及其设备

Info

Publication number: CN100383535C
Application number: CNB2006100020617A
Authority: CN
Inventors: 刘明亮; 朱江淼; 郁月华; 王跃佟; 赵科佳; 缪京元
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN1818670A

Abstract

本发明属于电子计量技术领域，其特征在于利用Agilent86100宽带取样示波器的特性，使其产生一个激励信号，用待校准的宽带取样示波器去测量该激励信号，再用计算机对测量数据进行相应的数字信号处理。本发明可实现对带宽小于50GHz的宽带取样示波器进行包括转换时间、带宽、幅率特性、相频特性在内的全面校准。

Description

一种校准宽带取样示波器的方法及其设备

技术领域

本发明涉及电子计量，尤其涉及宽带取样示波器计量技术领域。

背景技术

目前我国进口的最快的脉冲源示波器是Fluke9500，其转换时间(也称过渡时间)为25ps。使用这种示波器，利用标准脉冲法只能校准14GHz以下的宽带取样示波器。目前我国进口的信号源带宽为50GHz，利用扫频源法只能校准带宽小于50GHz取样示波器。并且扫频源法只能获得示波器的幅频特性，无法对相频特性进行校准，所以无法得到宽带取样示波器的系统函数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种校准宽带取样示波器的方法及设备，尤其是提供一种对TDS8200、Agilent86100宽带取样示波器进行校准的方法及设备。

本发明所述方法的特征在于该方法依次含有以下步骤：

步骤1、把在时域反射模式的Agilent86100B宽带取样1上的时域反射计插件2的输出信号作为同步触发信号通过一个功率分配器7和电缆111发送到工作在示波器模式的Agilent86100A宽带取样示波器3，同时通过一个适配器81发送到待校准的宽带取样示波器5；

步骤2、所述Agilent86100A宽带取样示波器3接收到所述同步触发信号后，依次经过插件4、电缆112、适配器10、9、82后向所述待校准的宽带取样示波器5发出一个激励信号；

步骤3、在所述Agilent86100A宽带取样示波器3上设置正偏置电压，在所述待校准的宽带取样示波器5上设置平均采样次数后，该待校准的宽带取样示波器5把所接收到的激励信号的响应波形数据保存到一个移动硬盘12；

步骤4、把所述待校准宽带示波器5设置为不平均状态，把Agilent86100A宽带取样示波器3的正偏置电压改变设置为绝对值相等的负偏置电压，设置和步骤3相同的平均采样次数，使所述移动硬盘12保存一个负偏置电压的响应波形数据；

步骤5、把所述移动硬盘12连接到电脑13上，按下式计算，得到一个激励信号的响应波形y(n)：

y(n)＝k(n)*h_f(n)*h(n)，

其中，n为时域采样点；k(n)为激励信号；h_f(n)为电缆112及三个适配器82、9、10总的冲激响应，h_f(n)为已知值；h(n)为待校准宽带取样示波器5的冲击响应，h(n)为实验值；

再依次经下述DFT变换、反卷积处理后，得到待校准的宽带取样示波器5的频率特性：

H (k) = \frac{Y (k)}{K (k) \cdot H_{f} (k)},

其中，Y(k)为y(n)的频域表达式；K(k)为k(n)的频域表达式；H_f(k)为h_f(n)的频域表达式。

本发明所述设备的特征在于它含有：

Agilent86100B宽带取样示波器1，装有Agilent54754A时域反射仪插件2以输出产生同步触发信号；

功率分配器7，输入端与所述Agilent86100B宽带取样示波器1上的时域反射仪插件2的同步触发信号的示波器相连；

Agilent86100A宽带取样示波器3，同步触发信号输入端与所属功率分配器7的一个相应输出端相连；

待校准的宽带取样5，同步信号输入端经适配器81和11后与所述功率分配器7的另一个输出端相连；激励信号输入端经适配器82、9、10、电缆112后与装在宽带取样示波器3上的插件4的信号输出端相连；

移动硬盘12，数据输入端与待校准宽带取样示波器5的相应数据输出端相连；

电脑13，输入端与所述移动硬盘的输出端相连。

达到的有益效果

可以对带宽小于50GHz的取样示波器进行全方位的校准，能够给出待校准示波器的转换时间、带宽、幅频特性和相频特性、系统函数和冲激响应。通过这种方法对TDS8200宽带取样示波器(标称带宽20GHz)进行校准，得到其过渡时间约为21.4Ps，带宽约为18.1GHz。通过这种方法对Agilent86100A宽带取样示波器(标称带宽50GHz)进行校准，得到其过渡时间约为9.46Ps，带宽约为53.4GHz，具体冲激响应、阶跃响应和幅频特性见下面的具体实施例。

附图说明

图1、本发明所述设备的连接图；

1：Agilent86100B主机，

2：Agilent54754A模块，

3：Agilent86100A主机，

4：Agilent83484A模块，

5：TDS8200主机，

6：TDS80E03模块，

7：功率分配器，

81、82：3.5mm双阳适配器两个，

9：3.5阴-2.4阴适配器，

10：2.4双阳适配器，

11、111：3.5mm电缆两根，

112：2.4mm电缆，

12：移动硬盘，

13：电脑，

图2、激励信号响应波形图；

图3、TDS8200取样示波器冲击响应图；

图4、TDS8200取样示波器阶跃响应图；

图5、TDS8200取样示波器幅频特性图；

图6、Agilent86117A取样示波器模块冲击响应图；

图7、Agilent86117A取样示波器模块阶跃响应图；

图8、Agilent86117A取样示波器模块幅频特性图；

图9、波形存储流程图；

图10、数据处理流程图。

附图1中引用的标号说明：

1.(1)为第一台宽带取样示波器；(3)为第二台宽带取样示波器；(5)为第三台宽带取样示波器；

2.(2)为第一个插件；(4)为第二个插件；

3.(111)为第一根电缆；(112)为第二根电缆；(11)为第三根电缆；

4.(81)为第一个适配器；(10)为第二个适配器；(9)为第三个适配器；(82)为第四个适配器。

具体实施方式

挖掘Agilent86100宽带取样示波器特性，使其产生一个激励信号，用待校准的宽带取样示波器测量该激励信号，对测量结果进行相应的数字信号处理，就可实现对带宽小于50GHz宽带取样示波器的全面校准。

这里以校准TDS8200宽带取样示波器为例，说明本方法。

本系统由一台电脑，两台宽带取样示波器Agilent86100A主机、Agilent86100B主机，一台被校宽带取样示波器TDS8200主机及若干电缆、适配器等构成。其中Agilent86100A作为信号发生器，安装有插件Agilent83484A(取样示波器插件)；Agilent86100B作为同步触发信号发生器，安装有TDR(TimeDomain Reflectometry，时域反射计)插件Agilent54754A；被校准TDS8200宽带取样示波器安装有插件TDS80E03(取样示波器插件)。具体实验设备连接框图如图1所示。

图1中取样示波器Agilent86100B工作在TDR模式；Agilent86100A工作在示波器模式；TDS8200工作在示波器模式。两台取样示波器插件Agilent83484A和TDS80E03通过电缆及适配器相连，TDR插件Agilent54754A的输出信号作为同步触发信号，通过一个功率分配器同时发送到示波器Agilent86100A和TDS8200的触发输入端，以确保示波器的同步。Agilent86100A接收到触发信号后，在信号输入端(通道三)发出一个激励信号，该激励信号通过电缆及适配器传送到TDS8200输入端(通道一)，这样在TDS8200上就能观察到该激励信号的响应波形。

完成实验系统连接后，接通电源，为保证校准精度，首先预热30分钟左右，然后分别对三台取样示波器进行通道校准。校准完成后，断开电源，按图1进行连接。再打开电源，按照表1、2、3所示分别设置三台取样示波器。

表1：Agilent86100A的设置

表2：Agilent86100B的设置

Delay	70ns
Delay	70ns	Mode	TDR
TDR Rate	1.99kHz	Mode	TDR

表3：TDS8200的设置

设置完成后，在取样示波器TDS8200上观察到的波形如图2所示。

完成设置之后，就可以在TDS8200示波器上观察到激励信号响应波形，设置Agilent86100A的偏置电压offset为+150mV，TDS8200示波器平均次数设置为64，平均完成后保存波形数据到移动硬盘，这样完成了一次正偏置电压激励信号响应波形的数据采集。接下来，将TDS8200示波器设置为不平均状态，Agilent86100A的偏置电压offset设置为-150mV，其它设置不变，保存一个负偏置电压响应波形数据到移动硬盘。具体波形存储的流程见图9。

将移动硬盘上的数据转移到电脑上，进行数据处理。获得的实验数据可由下述方程表示：

y(n)＝k(n)*h_f(n)*h(n) (1)

其中，y(n)为TDS8200示波器上显示的波形(即激励信号响应波形)，k(n)为激励信号，h_f(n)为连接部件(电缆及适配器)的冲激响应(可以通过其他手段测量得到)，h(n)为待校取样示波器的冲激响应。对(1)式进行DFT变换，得到：

Y(k)＝K(k)·H_f(k)·H(k) (2)

经反卷积处理可得待校取样示波器的频率特性H(k)。

H (k) = \frac{Y (k)}{K (k) \cdot H_{f} (k)} - - - (3)

在实际的数据处理过程中，首先为了补偿选通脉冲泄漏引入的误差，需要对偏置电压分别取正、负值，并对相应的激励信号的响应波形进行平均处理。由于激励信号的响应波形由高速取样获得，必将产生时基抖动。我们采用补偿时基抖动的方法是PDF反卷积法，它基本上能够补偿时基抖动引入的误差。采用反卷积分离算法分离出TDS8200示波器的冲激响应，经积分，便得到阶跃响应，然后用直方图法求取过渡时间等激励信号的波形参数；另一方面，对示波器的冲激响应进行傅立叶变换可以获取其频率响应，实现对示波器的全面校准。具体数据处理流程图见图10。

按照上面的数据处理方法，得到TDS8200示波器的过渡时间约为21.4Ps，带宽约为18.1GHz。校准结果如图3、4、5所示。

将TDS8200换成一台装有标称带宽50GHz的86117A插件的Agilent86100A宽带取样示波器，其它操作不变，得到Agilent86100A的过渡时间约为9.46Ps，带宽约为53.4GHz。校准结果如图6、7、8所示。

Claims

1.一种校准宽带取样示波器的方法，其特征在于该方法依次含有以下步骤：

步骤1、把在时域反射模式的第一台Agilent86100B宽带取样示波器上的第一个时域反射计插件的输出信号作为同步触发信号通过一个功率分配器(7)和第一根电缆发送到工作在示波器模式的第二台Agilent86100A宽带取样示波器，同时通过第一个适配器发送到待校准的第三台宽带取样示波器；

步骤2、所述第二台Agilent86100A宽带取样示波器接收到所述同步触发信号后，依次经过第二个插件、第二根电缆、第二、第三、第四个适配器后向所述待校准的第三台宽带取样示波器发出一个激励信号；

步骤3、在所述第二台Agilent86100A宽带取样示波器上设置正偏置电压，在所述待校准的第三台宽带取样示波器上设置平均采样次数后，该待校准的第三台宽带取样示波器把所接收到的激励信号的响应波形数据保存到一个移动硬盘(12)；

步骤4、把所述待校准的第三台宽带取样示波器设置为不平均状态，把第二台Agilent86100A宽带取样示波器的正偏置电压改变设置为绝对值相等的负偏置电压，设置和步骤(3)相同的平均采样次数，使所述移动硬盘(12)保存一个负偏置电压的响应波形数据；

步骤5、把所述移动硬盘(12)连接到电脑(13)上，按下式计算，得到一个激励信号的响应波形y(n)：

y(n)＝k(n)*h_f(n)*h(n)，

其中，n为时域采样点；k(n)为激励信号；h_f(n)为第二根电缆及第四、第三、第二个适配器总的冲激响应，h_f(n)为已知值；h(n)为待校准的第三台宽带取样示波器的冲击响应，h(n)为实验值；

再依次经下述DFT变换、反卷积处理后，得到待校准的第三台宽带取样示波器的频率特性：

H (k) = \frac{Y (k)}{K (k) \cdot H_{f} (k)},

2.一种校准宽带取样示波器的设备，其特征在于它含有：

第一台Agilent86100B宽带取样示波器，装有第一个Agilent54754A时域反射仪插件以输出产生同步触发信号；

功率分配器(7)，输入端与所述第一台Agilent86100B宽带取样示波器上的第一个时域反射仪插件的同步触发信号的示波器相连；

第二台Agilent86100A宽带取样示波器，同步触发信号输入端与所述功率分配器(7)的一个相应输出端相连；

待校准的第三台宽带取样示波器，同步信号输入端经第一个适配器和第三根电缆后与所述功率分配器(7)的另一个输出端相连；激励信号输入端经第四、第三、第二个适配器和第二根电缆后与装在第二台宽带取样示波器上的第二个插件的信号输出端相连；

移动硬盘(12)，数据输入端与待校准的第三台宽带取样示波器的相应数据输出端相连；

电脑(13)，输入端与所述移动硬盘的输出端相连。