CN102419427A - 一种用于示波器上升时间的校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于示波器上升时间的校准装置，包括：宽带取样示波器（4），还包括：多路飞秒脉冲产生器（1）、超快光电探测器（2）、光电二极管（3）、波形数据采集模块（5）、测量误差修正模块（6）、标准脉冲分离模块（7）、上升时间计算模块（8）、光功率计（9）。使用多路飞秒脉冲产生器（1）的两路输出光分别激励超快光电探测器（2）和光电二极管（3）产生超快电脉冲和同步触发电脉冲信号。本方法的优点在于基于光电技术能够比较容易产生纯电子学方法很难产生的脉冲宽度几个皮秒的超快电脉冲，利用超快光电探测器（2）产生的超快电脉冲解决了宽带示波器上升时间校准的难题。

Description

一种用于示波器上升时间的校准装置
技术领域
本发明涉及一种上升时间的校准装置，特别是一种用于示波器上升时间的校准装置。
背景技术
校准示波器上升时间的传统校准装置是使用标准快沿产生器产生标准电脉冲，利用该脉冲去校准示波器的上升时间。这种校准装置的瓶颈在于标准快沿产生器，目前国内可得到的最快的商品型标准电脉冲产生器的上升时间是25ps，无法满足宽带示波器上升时间的校准需求。
随着校准技术的不断提高，后来又出现了基于“Nose to Nose”法的校准装置，这种装置是基于取样示波器采样时产生一个反冲信号（kick-out），这个反冲信号包含了取样示波器的瞬态响应信息，用另一个取样示波器采集这个反冲信号，经过分析和计算可以提取示波器瞬态响应信息。这种装置的优点是不需要外加快沿信号，使用设备少，根据示波器本身输入电路特性进行测试和计算，但只适用于某些型号的示波器，且它是基于“kick-out”脉冲是取样示波器冲激响应一部分的假设，不能形成完整溯源链。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于示波器上升时间的校准装置，解决传统的装置由于其超快标准脉冲极难产生而不能校准宽带示波器的上升时间和只适用于某些型号的示波器上升时间的校准，且容易损坏仪器的硬件电路、通用性差、实际可操作性差的问题。
一种用于示波器上升时间的校准装置，包括：宽带取样示波器，还包括：多路飞秒脉冲产生器、超快光电探测器、光电二极管、波形数据采集模块、测量误差修正模块、标准脉冲分离模块、上升时间计算模块、光功率计。
波形数据采集模块的功能为：采集波形数据。
测量误差修正模块的功能为：对测量波形数据进行示波器时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差的修正。
标准脉冲分离模块的功能为：把波形数据中包含的标准脉冲信号分离出来，并归一化存储，作为校准示波器上升时间的标准脉冲波形。
上升时间计算模块的功能为：计算脉冲的上升时间。
多路飞秒脉冲产生器的输出端和光功率计的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器的激励超快电脉冲的输出端和超快光电探测器的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器的激励触发信号的输出端和光电二极管的输入端光纤连接。超快光电探测器的输出端和宽带取样示波器的信号输入端1.85mm同轴电缆连接，光电二极管的输出端和宽带取样示波器的触发输入端同轴电缆连接。
工作时，首先使用光功率计对多路飞秒脉冲产生器的两路输出光进行功率监测，使两路光的输出平均功率都小于1mW，接着使用多路飞秒脉冲产生器的两路输出光分别激励超快光电探测器和光电二极管产生超快电脉冲和同步触发电脉冲信号，然后用宽带取样示波器对产生的超快电脉冲信号进行测量，调节宽带取样示波器触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器的输出功率，改变超快光电探测器的输出幅度至0.2V~1V，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的60%~80%。接着通过波形数据采集模块对调整好的超快电脉冲波形数据进行800次~1000次连续采集，将连续采集的超快电脉冲波形数据载入宽带取样示波器测量误差修正模块，按照测量误差修正模块处理流程逐步修正时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差，将修正后的超快电脉冲波形数据进行归一化存储，作为校准宽带示波器上升时间的标准脉冲信号波形数据。然后使用超快电脉冲校准待检示波器的上升时间，调节待检示波器触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器的输出功率，改变超快光电探测器的输出幅度，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的60%~80%，通过波形数据采集模块对待检示波器中显示的调整好的脉冲波形数据进行采集，将采集到的待检示波器显示的脉冲波形数据和标准脉冲波形数据载入标准脉冲分离模块，把待检示波器显示的脉冲波形数据中包含的标准脉冲数据的部分分离掉，得到的脉冲波形数据就是待检示波器的冲激响应波形，将待检示波器的冲激响应波形数据载入上升时间计算模块，自动计算待检示波器冲激响应幅度10%～90%或者20%～80%的上升时间，完成示波器上升时间的校准。
本装置的优点在于基于光电技术能够比较容易产生纯电子学方法很难产生的脉冲宽度几个皮秒的超快电脉冲，利用超快光电探测器搭建的示波器上升时间校准装置，产生的超快电脉冲解决了宽带示波器上升时间校准的难题，实现了宽带示波器上升时间的校准，提高了仪器设备冲激响应的校准水平。
附图说明
图1  一种用于示波器上升时间的校准装置的示意图。
1.多路飞秒脉冲产生器  2.超快光电探测器  3.光电二极管  4.宽带取样示波器
5.波形数据采集模块     6.测量误差修正模块     7.标准脉冲分离模块
8.上升时间计算模块    9.光功率计。
具体实施方式
一种用于示波器上升时间的校准装置，包括：宽带取样示波器4，还包括：多路飞秒脉冲产生器1、超快光电探测器2、光电二极管3、波形数据采集模块5、测量误差修正模块6、标准脉冲分离模块7、上升时间计算模块8、光功率计9。
波形数据采集模块5的功能为：采集波形数据。
测量误差修正模块6的功能为：对测量波形数据进行示波器时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差的修正。
标准脉冲分离模块7的功能为：把波形数据中包含的标准脉冲信号分离出来，并归一化存储，作为校准示波器上升时间的标准脉冲波形。
上升时间计算模块8的功能为：计算脉冲的上升时间。
多路飞秒脉冲产生器1的输出端和光功率计9的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器1的激励超快电脉冲的输出端和超快光电探测器2的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器1的激励触发信号的输出端和光电二极管3的输入端光纤连接。超快光电探测器2的输出端和宽带取样示波器4的信号输入端1.85mm同轴电缆连接，光电二极管3的输出端和宽带取样示波器4的触发输入端同轴电缆连接。
工作时，首先使用光功率计9对多路飞秒脉冲产生器1的两路输出光进行功率监测，使两路光的输出平均功率都小于1mW，接着使用多路飞秒脉冲产生器1的两路输出光分别激励超快光电探测器2和光电二极管3产生超快电脉冲和同步触发电脉冲信号，然后用宽带取样示波器4对产生的超快电脉冲信号进行测量，调节宽带取样示波器4触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器1的输出功率，改变超快光电探测器2的输出幅度至0.5V，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的80%。接着通过波形数据采集模块5对调整好的超快电脉冲波形数据进行1000次连续采集，将连续采集的超快电脉冲波形数据载入宽带取样示波器4测量误差修正模块6，按照测量误差修正模块6处理流程逐步修正时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差，将修正后的超快电脉冲波形数据进行归一化存储，作为校准宽带示波器上升时间的标准脉冲信号波形数据。然后使用超快电脉冲校准待检示波器的上升时间，调节待检示波器触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器1的输出功率，改变超快光电探测器2的输出幅度，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的80%，通过波形数据采集模块5对待检示波器中显示的调整好的脉冲波形数据进行采集，将采集到的待检示波器显示的脉冲波形数据和标准脉冲波形数据载入标准脉冲分离模块7，把待检示波器显示的脉冲波形数据中包含的标准脉冲数据的部分分离掉，得到的脉冲波形数据就是待检示波器的冲激响应波形，将待检示波器的冲激响应波形数据载入上升时间计算模块8，自动计算待检示波器冲激响应幅度10%～90%的上升时间，完成示波器上升时间的校准。

Claims (1)

1.一种用于示波器上升时间的校准装置，包括：宽带取样示波器（4），其特征在于还包括：多路飞秒脉冲产生器（1）、超快光电探测器（2）、光电二极管（3）、波形数据采集模块（5）、测量误差修正模块（6）、标准脉冲分离模块（7）、上升时间计算模块（8）、光功率计（9）；
波形数据采集模块（5）的功能为：采集波形数据；
测量误差修正模块（6）的功能为：对测量波形数据进行示波器时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差的修正；
标准脉冲分离模块（7）的功能为：把波形数据中包含的标准脉冲信号分离出来，并归一化存储，作为校准示波器上升时间的标准脉冲波形；
上升时间计算模块（8）的功能为：计算脉冲的上升时间；
多路飞秒脉冲产生器（1）的输出端和光功率计（9）的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器（1）的激励超快电脉冲的输出端和超快光电探测器（2）的输入端光纤连接，多路飞秒脉冲产生器（1）的激励触发信号的输出端和光电二极管（3）的输入端光纤连接；超快光电探测器（2）的输出端和宽带取样示波器（4）的信号输入端1.85mm同轴电缆连接，光电二极管（3）的输出端和宽带取样示波器（4）的触发输入端同轴电缆连接；
工作时，首先使用光功率计（9）对多路飞秒脉冲产生器（1）的两路输出光进行功率监测，使两路光的输出平均功率都小于1mW，接着使用多路飞秒脉冲产生器（1）的两路输出光分别激励超快光电探测器（2）和光电二极管（3）产生超快电脉冲和同步触发电脉冲信号，然后用宽带取样示波器（4）对产生的超快电脉冲信号进行测量，调节宽带取样示波器（4）触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器（1）的输出功率，改变超快光电探测器（2）的输出幅度至0.2V~1V，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的60%~80%；接着通过波形数据采集模块（5）对调整好的超快电脉冲波形数据进行800次~1000次连续采集，将连续采集的超快电脉冲波形数据载入宽带取样示波器（4）测量误差修正模块（6），按照测量误差修正模块（6）处理流程逐步修正时基漂移、时基失真、时基抖动三项测量误差，将修正后的超快电脉冲波形数据进行归一化存储，作为校准宽带示波器上升时间的标准脉冲信号波形数据；然后使用超快电脉冲校准待检示波器的上升时间，调节待检示波器触发电平及垂直和水平档位，使波形稳定显示，调节多路飞秒脉冲产生器（1）的输出功率，改变超快光电探测器（2）的输出幅度，使超快电脉冲信号显示高度为屏幕的60%~80%，通过波形数据采集模块（5）对待检示波器中显示的调整好的脉冲波形数据进行采集，将采集到的待检示波器显示的脉冲波形数据和标准脉冲波形数据载入标准脉冲分离模块（7），把待检示波器显示的脉冲波形数据中包含的标准脉冲数据的部分分离掉，得到的脉冲波形数据就是待检示波器的冲激响应波形，将待检示波器的冲激响应波形数据载入上升时间计算模块（8），自动计算待检示波器冲激响应幅度10%～90%或者20%～80%的上升时间，完成示波器上升时间的校准。
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