CN101576610A - 一种在示波器中提高数据采样精度的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种时钟信号相位校正装置和时钟信号相位校正方法。所述时钟信号相位校正装置包括多路模数转换单元、时钟信号产生单元、相位校正信号产生单元、相位比较单元、时钟相位控制单元；所述相位校正信号产生单元用于产生相位校正信号；所述多路模数转换单元对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；所述相位比较单元用于比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；所述时钟相位控制单元根据相位差产生控制信号；所述时钟信号产生单元根据控制信号调整时钟信号的相位。所述时钟信号相位校正装置具有采样精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在示波器中提高数据采样精度的装置和方法。
背景技术
在目前的示波器开发中，为了提高采样率，通常采用多个相对低速的模数转换器来拼出一个更高采样率的系统。具体实施办法是通过控制输入给模数转换器的采样时钟相位，根据采用的模数转换器的个数，将输出的多路时钟相位均匀分布在360度内，最终再将多个模数转换器采样到的数据根据时钟相位按顺序排列出来，就形成一个更高采样率的系统。
图1是传统的数据采集系统的示意图。传统的数据采集系统通常包含模拟信号输入通道、多路模数转换单元、数据处理单元、时钟信号产生单元。时钟信号产生单元用于产生多个时钟信号，每个时钟信号的频率相同，但相位不同，各时钟信号的相位在360度内均匀分布。图1所示的是时钟信号产生单元输出4个时钟信号的情况，4个时钟信号依次是CLK1、CLK2、CLK3、CLK4，那么CLK1的相位是0度，CLK2的相位是90度，CLK3的相位是180度，CLK4的相位是270度。多路模数转换单元由多个模数转换器组成，每个模数转换器分别接收一个时钟信号作为采样时钟。图1所示的是多路模数转换单元由4个模数转换器组成的情况，4个模数转换器依次是第一模数转换器、第二模数转换器、第三模数转换器、第四模数转换器。
外界的模拟信号经过调理后分发到每个模数转换器，模拟信号经过模数转换后进入数据处理单元。第一至第四模数转换器输出的数字信号依次是D1、D2、D3、D4。数据处理单元根据时钟信号的相位顺序对数字信号进行排序，对图1而言，数据排列的前后顺序是D1、D2、D3、D4。
时钟信号的相位精度决定了数据采集系统的精度。而传统的数据采集系统的时钟信号的相位是固定的，类似一个开环系统，因此不能消除各时钟信号间固有的误差。也不能根据不同机器的芯片、硬件之间的差异，以及环境温度的变化来动态的调整时钟信号的相位误差。从而导致数据采集系统的采样精度比较低。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种采样精度较高的时钟信号相位校正装置。
一种时钟信号相位校正装置，包括多路模数转换单元、时钟信号产生单元、相位校正信号产生单元、相位比较单元、时钟相位控制单元；所述相位校正信号产生单元用于产生相位校正信号；所述多路模数转换单元对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；所述相位比较单元用于比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；所述时钟相位控制单元根据相位差产生控制信号；所述时钟信号产生单元根据控制信号调整时钟信号的相位。
优选的，所述多路模数转换单元包括至少二个模数转换器。
优选的，所述多路模数转换单元包括十个模数转换器。
优选的，所述相位校正信号是上升沿为ps级的脉冲信号。
优选的，所述比较任意二路数字信号的相位包括：选择某一路数字信号作为基准信号，将其它路数字信号的相位分别与基准信号的相位进行比较。
还提供一种时钟信号相位校正方法。
一种时钟信号相位校正方法，包括：产生相位校正信号；对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；根据相位差产生控制信号；根据控制信号调整时钟信号的相位。
优选的，所述至少二路数字信号是十路数字信号。
优选的，所述比较任意二路数字信号的相位包括：选择某一路数字信号作为基准信号，将其它路数字信号的相位分别与基准信号的相位进行比较。
还提供一种数据采集系统，包括模拟信号输入通道、多路模数转换单元、数据处理单元、时钟信号产生单元、相位校正信号产生单元、切换开关、时钟相位控制单元；所述数据处理单元包括相位比较单元；所述相位校正信号产生单元用于产生相位校正信号；所述切换开关用于使多路模数转换单元选择连接模拟信号输入通道或相位校正信号产生单元；所述多路模数转换单元对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；所述相位比较单元用于比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；所述时钟相位控制单元根据相位差产生控制信号；所述时钟信号产生单元根据控制信号调整时钟信号的相位。
还提供一种数据采集方法，包括：切换为时钟信号相位调整模式；产生相位校正信号；对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；根据相位差产生控制信号；根据控制信号调整时钟信号的相位。
上述时钟信号相位校正装置形成一个闭环系统，可以动态调整时钟产生单元的时钟相位，因此可以消除各时钟信号间的固有误差，从而使数据采集系统具有很高的采样精度。也可以消除不同硬件个体因为延时的差异导致的系统不一致性；还可以消除系统在不同的工作环境(比如不同的环境温度情况)下的不一致性。
附图说明
图1是传统的数据采集系统的示意图。
图2是数据采集系统的示意图。
具体实施方式
图2是数据采集系统的示意图。数据采集系统包括模拟信号输入通道、多路模数转换单元、数据处理单元、时钟信号产生单元、相位校正信号产生单元、切换开关、时钟相位控制单元，数据处理单元包括相位比较单元。时钟信号产生单元用于产生多个时钟信号，每个时钟信号的频率相同，但相位不同，各时钟信号的相位在360度内均匀分布。图2所示的是时钟信号产生单元输出4个时钟信号的情况，4个时钟信号依次是CLK1、CLK2、CLK3、CLK4，那么CLK1的相位是0度，CLK2的相位是90度，CLK3的相位是180度，CLK4的相位是270度。多路模数转换单元由多个模数转换器组成，每个模数转换器分别接收一个时钟信号作为采样时钟。图2所示的是多路模数转换单元由4个模数转换器组成的情况，4个模数转换器依次是第一模数转换器、第二模数转换器、第三模数转换器、第四模数转换器。
数据采集系统具有两种工作模式，即正常工作模式和时钟信号相位调整模式，两种模式的选择通过切换开关实现。
当数据采集系统处于正常工作模式时，模拟信号输入通道通过切换开关与多路模数转换单元连接。外界的模拟信号经过调理后分发到每个模数转换器，模拟信号经过模数转换后进入数据处理单元。第一至第四模数转换器输出的数字信号依次是D1、D2、D3、D4。数据处理单元根据时钟信号的相位顺序对数字信号进行排序，对图2而言，数据排列的前后顺序是D1、D2、D3、D4。
当数据采集系统处于时钟信号相位调整模式时，相位校正信号产生单元通过切换开关与多路模数转换单元连接。相位校正信号产生单元输出的相位校正信号是上升沿很快(ps级)的脉冲信号，经过模数转换后进入数据处理单元，相位比较单元根据当前采集到的数据来判断当前的时钟信号的相位是否准确。具体的判断过程是：让数据采集系统处于等效采样模式，从每个模数转换器单独恢复出波形，以第一模数转换器输出的数字信号为基准，分别测量其它模数转换器输出的数字信号与第一模数转换器输出的数字信号之间的相位差，测量的精度和输入信号上升沿的快慢、示波器的带宽以及等效采样模式的等效采样率有关系，精度可以到ps级。根据测量的结果可以判断时钟信号产生单元输出的时钟信号的相位是否理想。对图2而言，也就是判断CLK2的相位与CLK1的相位之差是否为90度，CLK3的相位与CLK1的相位之差是否为180度，CLK4的相位与CLK1的相位之差是否为270度。根据偏差的大小输出相应的控制信号给时钟相位控制模块，时钟相位控制单元相应控制时钟信号产生单元调整时钟信号的相位。一次判断调整过程完后，循环进行第二轮的校准，直到时钟信号达到最优的相位。
上述数据采集系统形成一个闭环系统，可以动态调整时钟产生单元的时钟相位，因此可以消除各时钟信号间的固有误差，从而使数据采集系统具有很高的采样精度。也可以消除不同硬件个体因为延时的差异导致的系统不一致性；还可以消除系统在不同的工作环境(比如不同的环境温度情况)下的不一致性。
上述数据采集系统可应用在示波器、测试仪器、高速数据采集系统中。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1、一种时钟信号相位校正装置，包括多路模数转换单元和时钟信号产生单元，其特征在于：还包括相位校正信号产生单元、相位比较单元、时钟相位控制单元；所述相位校正信号产生单元用于产生相位校正信号；所述多路模数转换单元对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；所述相位比较单元用于比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；所述时钟相位控制单元根据相位差产生控制信号；所述时钟信号产生单元根据控制信号调整时钟信号的相位。
2、根据权利要求1所述的时钟信号相位校正装置，其特征在于：所述多路模数转换单元包括至少二个模数转换器。
3、根据权利要求1所述的时钟信号相位校正装置，其特征在于：所述多路模数转换单元包括十个模数转换器。
4、根据权利要求1所述的时钟信号相位校正装置，其特征在于：所述相位校正信号是上升沿为ps级的脉冲信号。
5、根据权利要求1所述的时钟信号相位校正装置，其特征在于：所述比较任意二路数字信号的相位包括：选择某一路数字信号作为基准信号，将其它路数字信号的相位分别与基准信号的相位进行比较。
6、一种时钟信号相位校正方法，包括：
产生相位校正信号；
对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；
比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；
根据相位差产生控制信号；
根据控制信号调整时钟信号的相位。
7、根据权利要求6所述的时钟信号相位校正方法，其特征在于：所述至少二路数字信号是十路数字信号。
8、根据权利要求6所述的时钟信号相位校正方法，其特征在于：所述比较任意二路数字信号的相位包括：选择某一路数字信号作为基准信号，将其它路数字信号的相位分别与基准信号的相位进行比较。
9、一种数据采集系统，包括模拟信号输入通道、多路模数转换单元、数据处理单元、时钟信号产生单元，其特征在于：还包括相位校正信号产生单元、切换开关、时钟相位控制单元；所述数据处理单元包括相位比较单元；所述相位校正信号产生单元用于产生相位校正信号；所述切换开关用于使多路模数转换单元选择连接模拟信号输入通道或相位校正信号产生单元；所述多路模数转换单元对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；所述相位比较单元用于比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；所述时钟相位控制单元根据相位差产生控制信号；所述时钟信号产生单元根据控制信号调整时钟信号的相位。
10、一种数据采集方法，包括：
切换为时钟信号相位调整模式；
产生相位校正信号；
对相位校正信号进行模数转换处理，输出至少二路数字信号；
比较任意二路数字信号的相位，并输出相位差；
根据相位差产生控制信号；
根据控制信号调整时钟信号的相位。
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