数字存储示波器的设计【开题报告】

毕业设计（论文）开题报告

题目：数字存储示波器的设计

专业：电子信息工程

一选题的背景、意义：

示波器是一种在显示屏幕上直观地显示被测信号波形的测量仪器，除了可以直接测量电信号外，通过传感器的转换，示波器也能测量非电量的信号。1931年，在美国通用无线电公司研制出第一台模拟示波器。1972年，出现了具有数字存储功能的新型智能化示波器：数字存储示波器。数字存储示波器是随着数字集成电路技术的发展而出现的采用模数转换和数字存储技术的新型数字化、智能化示波器，由于具有自动刻度、预触发、容易实现高带宽、波形及设置存储、程序控制和自动测量等先进功能，正迅速全面替代模拟示波器，成为电子工程师的有力助手[2]。

数字存储示波器，是对被观测的电子信号进行波形采集、显示、测量、存储及分析的仪器。波形采集与显示是数字存储示波器作为示波仪器的基本功能，测量、存储及分析是数字存储示波器作为数字化仪器的智能功能。

根据采样技术的不同，数字存储示波器可以分为三类：顺序采样示波器、随即采样示波器、实时采样示波器。

数字存储示波器是随着数字集成电路技术的发展而出现的新型智能化示波器，已经成为电子测量领域的基础测试仪器。随着新技术、新器件的发展，它正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。数字存储示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。现在高端数字存储示波器的实时带宽已达到20GHZ，可以广泛应用于各种千兆以太网、光通讯等测试领域。而低端数字存储示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。数字存储示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远的意义。

二相关研究的最新成果及动态：

1）国外的研究概况

自从1972年世界上第一台数字存储示波器(DSO，又称数字示波器)问世以来，经历了三个发展阶段。

1986年以前为DSO发展的初期阶段，当时的取样率较低，一般不超过50MSa ／S，带宽在20MHz以下，结构形式以数字存储加传统模拟示波器二合一的组合式为主，功能少，性能低。主要代表性产品有美国哥德(Gould)公司生产的4035，HP公司生产的HP54200。1986年～1994年，伴随高速ADC和高速RAM的迅速发展，DSO的发展也进入了快车道，取样率达到了4GSa／s，记录长度超过32K。每年各示波器生产厂商都推出新的型号，技术上开始走向成熟。

1989年，HP公司率先停止了模拟示波器的生产，专心培育数字示波器市场。到1993年，DSO的销售额就超过了传统模拟示波器，使持续将近半个世纪的模拟示波器市场发生动摇。1995年以后，DSO在技术上已经成熟，带宽在100MHZ 以上，DSO已经完全取代了模拟示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A数字存储示波器，带宽13GHz，上升时间23ps，最高采样率40GHz。

这时，除了继续提高取样率(最高达40GSa／s)、带宽(达20GHz)和增加记录长度(达16MB)外，DsO制造商开始向100MHz以下带宽的通用DSO方向发展，并且性价比迅速提高。1996年，AGILENT公司面向通用DSO市场推出了100MHz带宽的数字存储示波器54645A及首款混合信号示波器54645D。AGILENT公司在后续推出的54620／40A／D系列混合信号示波器中提供了强大的串行触发能力，包括SPI、USB、12C、LIN、和CAN等。通用DSO的单台价格己接近同档次的模拟示波器水平。

目前，100MHz以下的DSO，将与模拟示波器同时并存发展。虽然模拟示波器本身也在不断的数字化，增加数字显示和光标测量的功能，但是，模拟示波器无法具备DSO所特有的预触发、存储和数据处理等测量功能。可以预计，通用DSO 全面取代模拟示波器的日子不会很远了。目前，100MHz数字存储示波器的代表性产品，国外的主要有Agilent公司的5000系列，Tektronix公司的TDSl000、TDs2000系列[5]。

2）国内的研究概况

国内DSO的研制工作起步较晚，第一台DSO于1993年在电子部41研究所研制成功，但是起步水平较高，最先推出的是取样率为40MSa／s，带宽分别为750MHz和500MHz的两个型号产品。到96年就把带宽提高到了1GHz。98年把取样率提高到1GSa/s

目前主要的生产厂家是美国安捷伦公司、泰克公司、力科公司、台湾的固纬公司、国内的中国电子科技集团第41研究所和北京普源精电公司等。

三课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标：

1) 研究内容

本论文将介绍数字存储示波器的基本工作原理，对数字存储示波器的关键技术进行较为详细的分析，并给出设计的数字存储示波器主要性能指标的测试结果。主要包括以下内容[7]：

1）数字存储示波器的体系结构；

2）数字存储示波器信号调理电路、信号采集电路、显示处理电路及触发控制电路的设计研究。

3）数字存储示波器性能指标的测试方法及测试结果分析；

2) 研究难点

1）要求仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，

仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集

与存储，然后连续显示。

2）要求仪器的输入阻抗大于 100kΩ，垂直分辨率为 16 级/div，水平分

辨率为 10 点/div；设液晶显示屏水平刻度为 12div，垂直刻度为 4div。

3）要求设置 0.2s/div、0.2ms/div、10us/div 二档扫描速度，仪器的频

率范围为 DC～10kHz，误差≤8%。

4）要求设置 0.1V/div、1V/div 二档垂直灵敏度，误差≤8%。

5）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发、触发电平可调。

6）观测波形无明显失真。

3) 预期达到的目标

本次采用自顶向下的设计方法，把系统分为四个部分：输入电路、触发电路、控制电路和输出电路。输入电路将待测模拟信号转变为数字量。触发电路由高速