[发明专利]一种基于步进优化的数字示波器零偏校准方法

说明书

本发明公开了一种基于步进优化的数字示波器零偏校准方法，首先设置数字示波器的参数，包括设置DAC模块的基线零点电平输入控制编码和校正目标值，将ADC采样得到的数据求和，如果与校正目标值的差值较大则计算得到校准步进值，校准步进值的最小值为1，然后在当前基线零点电平输入控制编码增加或减去校准步进值，然后继续进行ADC采样，直到ADC采样数据与校正目标值的差值满足要求。本发明通过分析零偏校准的原理，对校准步进计算方法进行改进，从而减少循环次数，提高零偏校准速度。

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于步进优化的数字示波器零偏校准方法。

背景技术

示波器作为一种使用广泛的通用仪器，使用非常广泛。示波器要观察信号，首先要进过模拟通道的调理后，才能进行有效观察。模拟通道涉及增益调节、零偏调节、移动线性调节等。数字示波器在出厂后，随着使用时间的增加，可由用户对部分参数通过自动校准的方式进行校准。示波器的自动校准功能主要包括零偏校准、移动线性校准、触发校准等。

图1是示波器的模拟通道示意图。如图1所示，信号在进入增益放大器、衰减器之前，通过DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)在信号上加减一个小的偏置电压，通过调整此偏置电压来改变信号在后续用于信号采集的ADC(Analog-to-DigitalConverter模数转换器)上的输入电压，从而实现移位和零偏调节。DAC的调节是线性的。例如型号为MAX5136的16位DAC，每个步进可实现37.23μV的电压步进。衰减器可采用PE4302，PE4302是6bit数控衰减器，可调节范围为32dB，步进为0.5dB，不同档位范围可附加固定倍率的放大、衰减。比如2mV固定放大10倍，5mV～100mV没有固定衰减和固定放大，200mV～2V固定衰减为20倍，没有固定放大，5V以上的档采用1000倍衰减。

零偏校准的基本原理为：通过调节偏置DAC的输出，使其叠加到理论为0V电平的输入上，进过增益放大、衰减，再通过ADC采集，然后分析ADC量化的数据，使其读数为0V。这个过程是一个反复调整和逼近的过程。图2是零偏校准的基本流程图。如图2所示，校准的速度与等待硬件稳定的时间和循环的次数有关。一次校准的时间Cali_Time为：

Cali_Time＝Times×(Time_HardSteady+Time_Acq)

其中，Times表示循环次数，Time_HardSteady表示等待硬件稳定时间，Time_Acq表示采集所需时间。

一个系统在硬件设计确定后，其Time_HardSteady和Time_Acq是固定的，故可改变的参数只有循环次数Times。如何减少循环次数，减少数字示波器自动校准时间，提高自动校准速度，是数字示波器自动校准的重要研究方向。

信号通过模拟通道经过偏置调节、增益调节，输出信号到ADC采集这个路径，软件读取ADC的采集数据并进行分析。一般实现是以ADC采集的数据为屏幕显示的中间值(通常为128)时，认为基线归零。通过ADC的采集数据与目标数据(128)的差反过来调整偏置调节器(DAC)的输出(校准目标数据)。一般情况下，这个反馈调整是一个正反馈调整。根据采集数据与目标数据的差来确定调整DAC的输出就决定了上图中循环次数。一般情况下，有单步调整、固定比例调整等方式，这些方式都有其不同的缺陷。

图3是通道零偏校准的原理图。如图3所示，附加在输入信号上的偏置电压，要通过增益控制部分，送到ADC进行量化。一般不同幅度档位的固定增益衰减和固定增益放大是确定的(通过继电器切换实现)。而可变增益是一个可调节的变量，其值随档位、固定增益衰减和固定增益放大而变化，有时为了实现增益的细调，还要借助ADC的增益调整来实现完整的增益控制。可变增益调节器往往不是幅度线性的，而是dB线性的。所以通过增益的具体值来确定调整步进是困难的，从而导致循环次数难以得到有效的控制。

发明内容