[发明专利]一种TDR中高速模数变换的方法及其电路装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子测试技术领域，具体是一种TDR中高速模数变换的方法及其电路装置。

背景技术

典型的TDR（Time Domain Reflector）特性阻抗测试系统主要由一高速阶跃脉冲发生器和高速模数转换器组成。阶跃脉冲的上升时间决定了分辩特性阻抗不连续性的能力；高速模数转换器决定了测试时间，即特性阻抗变化位置的分辨率。

设阶跃脉冲信号在印制线路上的传送速度为150m/us，若要求特性阻抗变化位置准确度为5mm，则时间计量最小单位应为33.3ps，即模数转换器的采样频率应高达30GHz；另外，为提高特性阻抗测量的精确度，对模数转换器的精确度即变换位数也提出了很高的要求。但目前还没有满足如此要求的超高速度、高精度模数转换器及相应速度的控制器和缓冲存储器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用较低速度、高精度模数转换器实现超高速度、高精度模数转换器的TDR中高速模数变换的方法及其电路装置，以实现特性阻抗的低成本测试。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种TDR中高速模数变换的方法，其特征是包括以下步骤：

１）通过多次发射同一阶跃脉冲，使得作为测试信号的阶跃脉冲和模数转换器同频率采样脉冲的相位差按周期线性递增的方法来实现模数转换器超高速的等效采样；

２）利用锁相环路实现所述阶跃脉冲和采样脉冲的相位差按周期线性递增；

３）在一次测量过程中，每发送一个所述阶跃脉冲，模数转换器便完成一次采样，后一所述阶跃脉冲与采样脉冲相对延迟Δt，……，一共发射n个所述阶跃脉冲，完成n个点的采样值，将该n个点的采样值按先后顺序保存在缓冲存储器中，从而“拼接”成一幅高精度的所述阶跃脉冲回波波形图；

所述步骤１的通过多次发射同一所述阶跃脉冲的步骤之前还包括步骤：通过晶体振荡器产生的方波脉冲信号作为模数转换器的采样脉冲信号，同时，该方波脉冲信号也是锁相环路的输入信号。通过压控振荡器产生输出信号，该信号与方波脉冲信号在环路锁定的情况下，两者同频率，相位差等于零或为一常数。

所述步骤２的利用锁相环路实现所述阶跃脉冲和采样脉冲的相位差按周期线性递增包括以下步骤：为使所述相位差Δt按周期线性递增，本发明将高精度数模转换器的输出电压与鉴相器的输出电压作为环路滤波器的输入信号，并使数模转换器的输出电压线性下降，由于锁相环路的相位负反馈作用，鉴相器输出脉冲宽度也在相应地线性增大，这就意味着所述阶跃脉冲和采样脉冲的相位差Δt按周期线性递增。

所述步骤３的模数转换器采样脉冲作为锁相环路输入信号，压控振荡器输出信号作为锁频锁相输出信号，经脉冲前沿陡峭处理后作为阻抗测试信号。本发明利用高精度数模转换器的输出电压与鉴相器的输出电压作为环路滤波器的输入信号。

本发明还提供一种TDR中高速模数变换电路装置，包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、阶跃脉冲产生器、模数转换器、微控制器、数模转换器和晶体振荡器。所述鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和阶跃脉冲产生器依次连接，模数转换器和数模转换器分别与微控制器连接，阶跃脉冲产生器的输出端连接模数转换器的输入端，数模转换器的输出端连接环路滤波器，晶体振荡器分别连接模数转换器的时钟端（CLK）和鉴相器的第一输入端，鉴相器的第二输入端连接压控振荡器的输出端。

所述环路滤波器为求和比例积分器。

所述压控振荡器为晶体压控振荡器。

所述鉴相器为异或逻辑门电路。

本发明的TDR中高速模数变换电路装置通过多次发射同一阶跃脉冲，使得作为测试信号的阶跃脉冲和模数转换器同频率采样脉冲的相位差按周期线性递增的方法来实现模数转换器超高速的等效采样；利用锁相环路实现所述阶跃脉冲和采样脉冲的相位差按周期线性递增。本发明的TDR中高速模数变换电路装置利用高精度数模转换器的输出电压与鉴相器的输出电压作为环路滤波器的输入信号。

在特性阻抗测量中，由于阻抗不连续点与测量起点的相对距离是静止的，故可设计在一次测量过程中，通过多次发射同一阶跃脉冲以获得多个不同延迟时刻的采样数据，最后将多个不同延迟时刻的采样数据用拼接的方法来等效在一个阶跃脉冲中的超高速的密集采样。为获得多个不同延迟时刻的采样数据，本发明利用锁相环路和高精度数模转换器，使得作为测试信号的阶跃脉冲和模数转换器同频率采样脉冲的相位差按周期线性递增的方法来实现模数转换器超高速的等效采样。其等效采样间隔由高精度数模转换器输出电压的变化率决定，变化率越低，模数转换器等效采样间隔越小，相当于模数转换器等效采样频率越高。