[发明专利]高速串行信号分析仪

说明书

技术领域

本发明是一种串行信号分析的测量仪器，特别是一种用于波形显示的高速串行信号分析仪。

背景技术

随着计算机总线由低速并行总线向高速串行总线发展，面对光通信、无线通信、网络、国防安全以及国家重大工程、科技计划等领域中高速串行信号测试的技术瓶颈和重大迫切需求，传统的测量仪器已远远不能满足这类信号的测试要求。串行信号存在着很多无可比拟的优势，如定时简单，没有数据对齐问题，可通过差分传输实现阻抗匹配和抗共模干扰，成本低，光电转换方便等，因而已经成为现代系统互联的最主要的手段。急需研制一种对这些信号进行定量测试分析的专门仪器设备，即高速串行信号分析仪。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种高速串行信号分析仪，其实现信号高保真捕获。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括模拟前端、采样及成像模块、数据交换模块、主控计算机模块、显示及用户交互模块、电源模块，模拟前端、采样及成像模块、数据交换模块、主控计算机模块、显示及用户交互模块分别与电源模块连接，信号接入信号分析仪后，首先进入模拟前端，对信号进行衰减、放大、滤波，转换为符合ADC输入要求的信号，送入采样及成像模块，其通过ADC将信号量化取样转换为数字信号，将数字信号存储并通过采样及成像模块为波形图像输出，两个模块的数据经过数据交换模块汇总并输出至显示及用户交互模块，向用户呈现出波形图像；该过程由主控计算机控制，主控计算机的控制指令和数据亦通过数据交换模块传达给采样及成像模块。

各模块功能如下所述

宽带模拟前端模块：模拟前端由高阻输入无源衰减网络、前置输入放大器、输出比较器组成，在本单元中要插入阻抗转换、耦合方式、比较电平DAC等，实现程控调理。主要实现信号的放大、衰减、阻抗转换、滤波等信号调理工作。

采样与成像模块：是本系统是核心模块，该模块由ADC、DDR3-SDRAM存储器模组、QDR2-SRAM存储器以及FPGA等组成。所有相关算法均在FPGA内得以实现。每个采样与成像模块可以实现两个通道的信号采集、存储管理与波形成像。

数据交换模块：是本系统的数据中心，负责各个模块的数据通信，同时为各个模块提供稳定、同步的时钟。由于各个模块的通信协议不同，因此数据交换模块必须具有多种协议的支持。这里数据交换模块亦由一片FPGA组成。

主控计算机模块：为增强分析仪的处理能力并提高用户的易用性，主控部分采用x86体系、CPCI构架的计算机系统，以高性能、低功耗的双核心CPU：Intel Core2Dual作为主处理器，以PCI总线作为主控计算机和数据交换模块的数据通信总线。

主控计算机模块的主要处理工作包括：

1.从数据交换模块读取波形数据，将其可视化后显示输出，并根据要求存储至外部存储器；

2.对波形数据进行复杂的数据分析，包括时域分析、频域分析、时频域分析以及数字域分析等；

3.GUI（图形用户界面）和HMI（人机交互），响应用户事件，如转动面板转轮、按动按钮，移动鼠标、点击触摸屏等，并根据事件控制系统做出响应；

4.读取硬件系统的各种状态并根据状态做出判断和操作；

5.运行第三方软件实现用户定义的功能。

显示交互模块：由显示器及面板组件组成，为实现较好的人机交互效果，显示器采用了高亮度、高对比度的12.1英寸有源矩阵液晶显示器（TFT-LCD）。分析仪的面板组件由多个按钮开关、机械编码轮、指示灯以及一个多功能飞梭轮组成。各项功能的选择由按钮开关实现，而V/div、水平位移等调节功能由多个机械编码轮实现。多功能飞梭轮由内圈的机械编码转盘和外圈的自动回中定位编码轮组成，其中外圈可以以不同的速度进行波形移位操作，而内圈用于实现波形的缩放。面板上设有一个FPGA实现了所有开关、编码轮以及指示灯等的控制，将动作编码并通过RS-232串口与主控计算机模块进行数据传输。

电源管理模块：包括主控计算机的标准开关电源以及低压开关电源变换器。前者提供主控计算机系统所需要的+5V、5V、+12V、12V的电源供应。后者由前者+12V信号转换为其它部件所需要的+1.2V、+1.8V、+2.5V、+3.3V。