【正文】 在 RAM中波形數(shù)據(jù)的最大值、最小值以及過零值等特征數(shù)據(jù)，按照定義計算出信號的頻率、周期、峰峰值、有效值等波形參數(shù)。 這里特別要說明 Autoscale功能，由于儀器已具備測頻和測幅的功能，所以儀器就能根據(jù)已經(jīng)測得的信號頻率和幅度，計算并設(shè)置好最合理的垂直靈敏度及掃描速度量程，使信號波形能自動地以適當(dāng)?shù)姆群椭芷跀?shù)穩(wěn)定地顯示在示波器的屏幕上。該功能 Lab 等效時間取樣方式數(shù)字示波器的設(shè)計 本節(jié)擬通過對探地雷達回波信號數(shù)據(jù)采集、存儲及回波顯示系統(tǒng)的分析，討論基于等效時間取樣方式的數(shù)字存儲示波器 探地雷達的回波信號有兩個特點：一是回波信號的最高頻率分量高達 GHz量級，這就對 A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速率提出了很高的要求；二是信號幅度變化的動態(tài)范圍很大，要求采用 14～ 16位A/D轉(zhuǎn)換器。很顯然，如果采用實時取樣方式，這種高轉(zhuǎn)換速率、高分辨率的 A/D轉(zhuǎn)換器，無論從技術(shù)條件還是從價格上都是困難的。所幸的是，探地雷達回波信號在一定的時間內(nèi) (ms級 )，可以認為是重復(fù)出現(xiàn)的周期信號。因此，該系統(tǒng)采用等效時間取樣方案是非常合適的。 Lab 擬定的探地雷達回波信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如圖示。 系統(tǒng)采用了“ CPLD＋單片機＋ PC機”三層控制方案。 底層控制由以 CPLD為核心的高速控制邏輯電路構(gòu)成，直接控制高速數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸?shù)倪^程； 中層控制由單片機組成，一方面接收并執(zhí)行由 PC機發(fā)送的控制命令，實施對底層控制器的控制，同時將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出并迅速上傳至 PC機； 上層控制由便攜式 PC機完成，一方面為用戶提供一個操作窗口，完成對儀器功能和參數(shù)的設(shè)置，向單片機發(fā)送相關(guān)的控制命令；另一方面，實時接收單片機上傳的回波信號數(shù)據(jù)，并進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理及顯示波形。 Lab 系統(tǒng)的時基電路按照 PC機的設(shè)置，產(chǎn)生具有特定頻率的觸發(fā)脈沖信號，該信號一路送至發(fā)射天線裝置，以產(chǎn)生用于向地下發(fā)射的 ns級寬度的窄脈沖電磁波信號； 電磁波在地下不同介質(zhì)的界面上會產(chǎn)生反射而形成一系列回波信號，這些回波信號由接收天線接收后經(jīng)過低噪放大，送往取樣門電路； 時基電路送出的觸發(fā)脈沖信號也同時送給步進脈沖系統(tǒng)，以產(chǎn)生步進脈沖信號，步進脈沖信號經(jīng)取樣脈沖發(fā)生器整形成取樣脈沖，送往取樣門電路對回波信號進行取樣； 取樣后的回波信號經(jīng)保持放大電路處理，就變成了拉寬的低頻信號，然后再將該信號進行 A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng) FIFO存儲器的緩沖，傳輸?shù)?PC機進行后處理及顯示； 為保證存儲數(shù)據(jù)向 PC機傳輸?shù)乃俣?，單片機與 PC機接口采用 USB總線。 系統(tǒng)的工作流程如下 本節(jié)側(cè)重分析步進系統(tǒng)及步進控制電路，取樣電路，數(shù)據(jù)采集、 Lab 一、步進脈沖系統(tǒng)及步進控制電路 功能：產(chǎn)生驅(qū)動取樣門電路取樣的取樣脈沖信號和啟動 A/D轉(zhuǎn)換的步進脈沖信號。本例設(shè)計的系統(tǒng)產(chǎn)生的步進脈沖的最小步進時間達到 。 步進脈沖系統(tǒng)由斜波發(fā)生器、比較器及輔助電路等部分組成，原理見 。本例設(shè)計的系統(tǒng)采用了美國數(shù)字可編程延時發(fā)生器 AD 9500芯片，不僅集成了斜波發(fā)生器、比較器等電路，而且還內(nèi)置了 D/A轉(zhuǎn)換器及鎖存器。使用時只需要提供外部觸發(fā)信號以及控制步進延時的數(shù)據(jù)，就能產(chǎn)生最小步進延時達 10ps的步進脈沖信號。 若使用可編程邏輯器件實現(xiàn)對 AD 9500的控制，則整個步進系統(tǒng)的電路將會大幅度簡化，使系統(tǒng)的可靠性進一步增強。 Lab AD 9500是 8位數(shù)字可編程延時發(fā)生器，其功能方框圖內(nèi)部定時圖如圖所示。 AD 9500的核心部件線性斜波發(fā)生器由差分模擬輸入級、定時控制電路、基準電流、外接電容 CEXT RSET等組成。 從觸發(fā)到比較器翻轉(zhuǎn)之間的這段時間間隔就是 AD 9500的總延時 t，其值由斜波的斜率和加在內(nèi)置 DAC輸入端 D7～ D0的數(shù)據(jù) 兩個因素決定。 Lab 以 AD 9500為核心的步進系統(tǒng)及控制電路原理圖 Lab 二、取樣電路的設(shè)計 取樣電路由低噪放大器、取樣門電路、取樣脈沖發(fā)生器、保持放大器組成。本節(jié)側(cè)重討論取樣門電路和取樣脈沖發(fā)生器電路。 取樣門的種類很多，有單管門、平衡門、雙管門、行波門等。 單管門是最簡單的取樣門電路，圖中二極管 VD為取樣開關(guān)， Cs為取樣電容， E和 R1組成取樣門的偏置電路，取樣脈沖經(jīng) R0加至取樣門。 1. 取樣門電路 單管取樣門電路原理圖 平時取樣二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)取樣脈沖到來時，取樣二極管導(dǎo)通，輸入信號在極短時間內(nèi)向取樣電容 Cs充電，從而獲得樣品輸出。 單管取樣門電路簡單，元器件少。但是，由于電路中信號源與取樣脈沖直接耦合，會產(chǎn)生干擾；另外，由于取樣門開啟時被測信號和取樣脈沖同時向取樣電容充電，取樣脈沖幅度的不穩(wěn)定會使取樣門輸出信噪比降低。 Lab 1. 取樣門電路 由于單管取樣門電路存在上述缺點，本系統(tǒng)采用了四管平衡取樣門電路。 四管平衡取樣門電路又稱橋式取樣門，圖中，取樣二極管 VD1～ VD4組成橋式門的四臂，＋ Ep， Ep為二極管的反向偏壓。取樣脈沖分別由橋的對角線兩端加入，橋的另一組對角線端分別做取樣門的輸入、輸出端。 R1是輸入端匹配電阻， Cs為取樣電容， T 根據(jù)平衡橋原理，加在 VD1～ VD4橋?qū)蔷€ 2, 4兩端的取樣脈沖不會在 1, 3兩端輸出，即取樣脈沖對被測信號源沒有形成干擾，提高了系統(tǒng)的信噪比。 當(dāng)兩個方向相反、大小相同的取樣脈沖電流流過磁環(huán)繞組時，產(chǎn)生的磁通會相互抵消，可抑制兩個脈沖的不對稱。 對被測信號來說，磁環(huán)的兩個繞組是同相的，信號電流流過磁環(huán)繞組時產(chǎn)生的磁通相互疊加，磁環(huán)對信號呈現(xiàn)高阻抗，從而形成高阻取樣門。 四管平衡取樣門電路 Lab 二、取樣電路的設(shè)計 取樣脈沖發(fā)生器用于將步進脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的取樣脈沖進一步整形，以產(chǎn)生幅度足夠大、寬度足夠窄并具良好穩(wěn)定性的取樣脈沖。 取樣脈沖發(fā)生器由驅(qū)動級和形成級兩部分組成。 驅(qū)動級的作用是對步進系統(tǒng)生成的步進脈沖信號整形，以產(chǎn)生高速、大幅度取樣脈沖信號。驅(qū)動級電路通常采用雪崩晶體三極管電路和間歇振蕩器電路兩種形式。高速半導(dǎo)體器件雪崩晶體三極管可以較方便地產(chǎn)生具有納秒和亞納秒上升時間以及很大峰值功率的脈沖信號。因此，采用雪崩晶體三極管電路形 形成級的作用是將取樣脈沖進一步整形為邊沿更加陡峭、底寬很窄的脈沖信號，一般由階躍恢復(fù)二極管和微分電路組成。當(dāng)階躍恢復(fù)二極管處于正向?qū)顟B(tài)的二極管突然加上反向電壓時，瞬態(tài)反向電流立即達到最大值并維持一段時間，接著又立即恢復(fù)到零，利用階躍二極管的這種階躍特性，可以將脈沖信號整形為邊沿更快的脈沖信號。 2. 取樣脈沖發(fā)生器 Lab 圖中 Q1是雪崩晶體三極管，基極通過 R1接地，使雪崩管平時處在截止?fàn)顟B(tài)。集電極由＋ 30V電源通過 R2供電，當(dāng)取樣指令脈沖到達 Q1基極時，雪崩過程發(fā)生，從而在集電極產(chǎn)生負極性脈沖而在發(fā)射極產(chǎn)生正極性脈沖。這組脈沖再通過 C3， R4和 C4， R5微分電路以及階躍二極管組成的形成電路處理后，就產(chǎn)生了幅度約 5V、前沿不小于 4ns、底寬不大于 10ns的取樣脈沖。該取樣脈沖送往取樣門電路，即可實現(xiàn)對探地雷達回波信號的取樣。 取樣脈沖發(fā)生器電路原理圖 Lab 三、數(shù)據(jù)采集、存儲及傳輸電路 由于等效取樣后回波信號的最高頻率為 50kHz，確定 A/D轉(zhuǎn)換的最高轉(zhuǎn)換速率為 500kHz；若采用程序控制將很難實現(xiàn)，因而采用 CPLD實施直接控制；同時采用 FIFO高速緩存技術(shù)，以協(xié)調(diào)高速采集與后級傳輸速度之間的關(guān)系。為了達到8Mb/s傳輸速率的要求，采用 USB總線將數(shù)據(jù)傳輸至 PC機。 Lab 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH