專利名稱：一種利用寬帶取樣示波器作為信號源的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器儀表領(lǐng)域，尤其涉及高速脈沖發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前我國最快的脈沖源是進口的Fluke9500，其轉(zhuǎn)換時間(也稱過渡時間、上升時間)為25ps，國際上利用電方式得到的脈沖源最快的是PICOSECOND4016，其階躍上升時間為5ps，但發(fā)達(dá)國家對此實行技術(shù)禁運。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用寬帶取樣示波器作為信號源的方法及其設(shè)備，尤其是利用Agilent86100A寬帶取樣示波器作為信號源的方法及其設(shè)備。
本發(fā)明提供了一種利用寬帶取樣示波器作為信號源的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、選擇一臺具有雙微波二極管平衡取樣頭電路結(jié)構(gòu)的Agilent86100A寬帶取樣示波器1作為脈沖信號發(fā)生器，該示波器上裝有Agilent86117A寬帶取樣示波器插件3，設(shè)置該示波器1的直流偏置電壓在-300mV--50mV或+50mV-+300mV之間，此時平衡電路失衡，造成部分選通脈沖泄露，形成了脈沖信號的等效激勵源，在寬帶取樣示波器1的輸入端形成了脈沖信號；選擇另一臺能夠發(fā)出與Agilent86100A寬帶取樣示波器1的延遲互相匹配的時域反射脈沖信號的Agilent86100B寬帶取樣示波器2，該示波器2上裝有Agilent54754A時域反射計插件4，示波器2發(fā)出的時域反射脈沖信號作為Agilent86100A寬帶取樣示波器1的外觸發(fā)信號，用電纜5將Agi1ent86100A寬帶取樣示波器1的信號觸發(fā)端與Agilent86100B寬帶取樣示波器2的時域反射脈沖信號發(fā)生端相連，電纜6與Agilent86100A寬帶取樣示波器1產(chǎn)生高速脈沖信號的輸入端相連；步驟2、調(diào)節(jié)Agilent86100A寬帶取樣示波器1的垂直靈敏度、水平靈敏度、延遲時間、采樣點數(shù)，同時設(shè)置Agilent86100B寬帶取樣示波器2的偏置電壓為0，調(diào)節(jié)延遲時間，直到在Agilent86100A寬帶取樣示波器1的輸入端發(fā)出一個高速脈沖信號為止，該高速脈沖信號的過渡時間在幾皮秒到幾十皮秒之間；步驟3、通過調(diào)節(jié)兩臺示波器的設(shè)置，在Agilent86100A寬帶取樣示波器1的輸入端產(chǎn)生一個脈沖信號k(n)，該脈沖信號的幅度和極性通過調(diào)節(jié)Agilent86100A寬帶取樣示波器1的偏置電壓而改變，并且該脈沖信號的過渡時間隨著示波器帶寬的增大而減小，有如下關(guān)系c＝B·tr，其中c為常數(shù)，隨取樣示波器的不同在0.35-0.45之間取值，B近似等于取樣示波器帶寬，tr為脈沖信號過渡時間，通過測試儀器采集到該脈沖信號響應(yīng)波形y(n)，則有y(n)＝k(n)*h(n)，其中，y(n)為測試儀器上獲得的脈沖響應(yīng)波形，k(n)為脈沖信號本身，h(n)為測試儀器系統(tǒng)特性；再依次經(jīng)下述離散傅里葉變換、反卷積處理后，得到脈沖信號的頻率特性K(k)離散傅里葉變換Y(k)＝K(k)·H(k)，反卷積K(k)=Y(k)H(k),]]>其中，K(k)為k(n)的頻域表達(dá)式，Y(k)為y(n)的頻域表達(dá)式，H(k)為h(n)的頻域表達(dá)式，對K(k)進行反DFT變換即得到脈沖信號的時域特性k(n)；因此該方法通過計算可以得到脈沖信號的時域特性和頻域特性，并且可以獲得準(zhǔn)確的時域參數(shù)和頻域參數(shù)，即過渡時間和帶寬。
本發(fā)明所述設(shè)備的特征在于它包括Agilent86100A寬帶取樣示波器1，裝有Agilent86117A寬帶取樣示波器插件3以輸出高速脈沖信號；Agilent86100B寬帶取樣示波器2，裝有Agilent54754A時域反射計插件4以輸出產(chǎn)生同步觸發(fā)信號；電纜5，連接Agilent86100A寬帶取樣示波器1的信號觸發(fā)端與Agilent86100B寬帶取樣示波器2的TDR信號發(fā)生端；
電纜6，與Agilent86100A寬帶取樣示波器1發(fā)出脈沖信號的輸入端相連。
達(dá)到的有益效果利用現(xiàn)有的寬帶取樣示波器得到一個類沖激脈沖，其脈沖持續(xù)時間最短約10ps，等效的階躍脈沖源的過渡時間最短為8ps左右。這樣的脈沖源可以作為一個標(biāo)準(zhǔn)脈沖源，利用這樣的高速脈沖源，可以實現(xiàn)對寬帶取樣示波器的校準(zhǔn)，還可以構(gòu)建時域網(wǎng)絡(luò)分析儀，對寬帶電纜和器件進行分析。此外，高速脈沖對時間間隔的準(zhǔn)確測量在雷達(dá)探測中也有很大的應(yīng)用價值。這些工作將大大提高我國現(xiàn)代時域測量和計量的總體水平。


圖1、雙微波二極管取樣頭等效電路圖；圖2、雙微波二極管取樣頭產(chǎn)生的脈沖信號仿真圖；圖3、本發(fā)明所述設(shè)備的連接圖；1Agilent86100A寬帶取樣示波器，2Agilent86100B寬帶取樣示波器，3Agilent86117A寬帶取樣示波器插件，4Agilent54754A寬帶取樣示波器插件，5、6電纜，圖4、測試儀器上觀察到的高速脈沖信號波形；圖5、高速脈沖信號的時域特性；圖6、高速脈沖信號的等效階躍特性；圖7、高速脈沖信號的幅頻特性；圖8、脈沖信號的峰值為118mV；圖9、脈沖信號的峰值為-75mV；圖10、脈沖信號的峰值為135mV；圖11、脈沖信號的峰值為-90mV；圖12、脈沖信號的峰值為148mV；圖13、脈沖信號的峰值為-108mV；圖14、脈沖信號的峰值為164mV；圖15、脈沖信號的峰值為-125mV；
具體實施例方式
Agilent86100A寬帶取樣示波器具有雙微波二極管平衡取樣頭電路結(jié)構(gòu)，該取樣頭電路可以等效描述為二極管D1的正極分別與二極管D2的負(fù)極和50歐電阻R0相連，電阻R0得另一端接地，二極管D2的正極與4皮法電容Ch2相連，電容Ch2的另一端與選通脈沖發(fā)生器Vsp2的正極相連，選通脈沖發(fā)生器Vsp2的負(fù)極接地，3.6千歐電阻R2一端與二極管D2的正極相連，另一端與2伏電源VB2的正極相連，二極管D1的負(fù)極與4皮法電容Ch1相連，電容Ch1的另一端與選通脈沖發(fā)生器Vsp1的正極相連，選通脈沖發(fā)生器Vsp1的負(fù)極接地，電阻R1一端與二極管D1的負(fù)極相連，另一端與2伏電源VB1的負(fù)極相連，電源VB1的正極與電源VB2的負(fù)極相連，同時電源VB1的正極與50毫伏電源Voffset的正極相連，電源Voffset的負(fù)極接地。這里介紹的電路為具有代表性的取樣示波器HP-1430A雙微波二極管取樣頭的等效電路圖，其他型號的取樣示波器雙微波二極管取樣頭電路元件的技術(shù)參數(shù)會有所不同。
挖掘Agilent86100A寬帶取樣示波器功能，使其產(chǎn)生一個脈沖信號，該脈沖幅度在幾十mV到幾百mV之間連續(xù)可調(diào)，極性正負(fù)可變，脈沖時域參數(shù)和頻域參數(shù)均可計算求得。隨著可購買到的具有雙微波二極管平衡取樣頭電路結(jié)構(gòu)的寬帶取樣示波器帶寬的提高，應(yīng)用本方法可以得到更快的脈沖源。
這里以安裝Agilent86117A插件的Agilent86100A寬帶取樣示波器為例，說明產(chǎn)生高速脈沖信號的方法。
本系統(tǒng)由兩臺寬帶取樣示波器Agilent86100A主機和Agilent86100B主機構(gòu)成。其中Agilent86100A作為高速脈沖源，安裝有插件Agilent86117A；Agilent86100B作為同步觸發(fā)信號發(fā)生器，安裝有TDR插件Agilent54754A。具體實驗設(shè)備連接框圖如圖3所示。
取樣示波器Agilent86100A工作在示波器模式；Agilent86100B工作在TDR模式。TDR模塊Agilent54754A的輸出信號作為同步觸發(fā)信號，通過電纜將觸發(fā)信號發(fā)送到示波器Agilent86100A的觸發(fā)輸入端；在插件Agilent86117A的輸入端發(fā)出高速脈沖信號。
在連接系統(tǒng)前，首先接通電源，為保證校準(zhǔn)精度，首先預(yù)熱30~40分鐘，然后分別對兩臺取樣示波器進行通道校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，斷開電源，按圖3進行連接。再打開電源，分別對兩臺取樣示波器進行設(shè)置。
設(shè)置示波器Agilent86100A為示波器模式，帶寬50GHz，采樣點數(shù)16，水平靈敏度50μs/div，延遲時間28ns，三通道的垂直靈敏度為20mV/div，偏置電壓150mV；設(shè)置示波器Agilent86100B為TDR模式，TDR頻率為1.99kHz，延遲時間70ns。
設(shè)置完成后，進一步調(diào)節(jié)示波器Agilent86100B的延遲時間，直到在示波器Agilent86100A的輸入端發(fā)出高速脈沖信號。用一臺示波器觀察該脈沖信號，并采集該脈沖信號響應(yīng)波形的數(shù)據(jù)。
按照上面的數(shù)據(jù)處理方法，得到高速脈沖信號的過渡時間約為8.4265ps，帶寬約為60.3GHz。沖擊響應(yīng)、階躍響應(yīng)和幅頻特性如圖5、6、7所示。
通過調(diào)整Agilent86117A偏置電壓的幅值和極性，可以得到不同幅度的高速脈沖信號，選擇了幾組不同幅度和極性的脈沖信號波形，見圖8~15所示。
權(quán)利要求
1.一種利用寬帶取樣示波器作為信號源的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、選擇一臺具有雙微波二極管平衡取樣頭電路結(jié)構(gòu)的Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)作為脈沖信號發(fā)生器，該示波器上裝有Agilent86117A寬帶取樣示波器插件(3)，設(shè)置該示波器(1)的直流偏置電壓在-300mV--50mV或+50mV-+300mV之間，此時平衡電路失衡，造成部分選通脈沖泄露，形成了脈沖信號的等效激勵源，在寬帶取樣示波器(1)的輸入端形成了脈沖信號；選擇另一臺能夠發(fā)出與Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的延遲互相匹配的時域反射脈沖信號的Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)，該示波器(2)上裝有Agilent54754A時域反射計插件(4)，示波器(2)發(fā)出的時域反射脈沖信號作為Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的外觸發(fā)信號，用電纜(5)將Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的信號觸發(fā)端與Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)的時域反射脈沖信號發(fā)生端相連，電纜(6)與Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)產(chǎn)生高速脈沖信號的輸入端相連；步驟2、調(diào)節(jié)Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的垂直靈敏度、水平靈敏度、延遲時間、采樣點數(shù)，同時設(shè)置Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)的偏置電壓為0，調(diào)節(jié)延遲時間，直到在Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的輸入端發(fā)出一個高速脈沖信號為止，該高速脈沖信號的過渡時間在幾皮秒到幾十皮秒之間；步驟3、通過調(diào)節(jié)兩臺示波器的設(shè)置，在Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的輸入端產(chǎn)生一個脈沖信號k(n)，該脈沖信號的幅度和極性通過調(diào)節(jié)Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的偏置電壓而改變，并且該脈沖信號的過渡時間隨著示波器帶寬的增大而減小，有如下關(guān)系c＝B·tr，其中c為常數(shù)，隨取樣示波器的不同在0.35-0.45之間取值，B近似等于取樣示波器帶寬，tr為脈沖信號過渡時間，通過測試儀器采集到該脈沖信號響應(yīng)波形y(n)，則有y(n)＝k(n)*h(n)，其中，y(n)為測試儀器上獲得的脈沖響應(yīng)波形，k(n)為脈沖信號本身，h(n)為測試儀器系統(tǒng)特性；再依次經(jīng)下述離散傅里葉變換、反卷積處理后，得到脈沖信號的頻率特性K(k)離散傅里葉變換Y(k)＝K(k)·H(k)，反卷積K(k)=Y(k)H(k),]]>其中，K(k)為k(n)的頻域表達(dá)式，Y(k)為y(n)的頻域表達(dá)式，H(k)為h(n)的頻域表達(dá)式，對K(k)進行反傅里葉變換即得到脈沖信號的時域特性k(n)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用寬帶取樣示波器作為信號源的方法所用設(shè)備，其特征在于它包括Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)，裝有Agilent86117A寬帶取樣示波器插件(3)以輸出高速脈沖信號；Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)，裝有Agilent54754A時域反射計插件(4)以輸出產(chǎn)生同步觸發(fā)信號；電纜(5)，連接Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)的信號觸發(fā)端與Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)的時域反射脈沖信號發(fā)生端；電纜(6)，與Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)發(fā)出脈沖信號的輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及高速脈沖發(fā)生器領(lǐng)域。目前我國最快脈沖源轉(zhuǎn)換時間為25ps。本方法步驟選有雙微波二極管平衡取樣頭電路結(jié)構(gòu)的Agilent86100A寬帶取樣示波器(1)作脈沖信號發(fā)生器，裝插件(3)，設(shè)電壓－300mV－50mV或+50mV－+300mV，選與示波器(1)延遲匹配的TDR信號Agilent86100B寬帶取樣示波器(2)，裝時域反射計插件(4)，發(fā)出TDR信號作示波器(1)的外觸發(fā)信號，電纜(5)示波器(1)的信號觸發(fā)端與示波器(2)TDR信號發(fā)生端相連，電纜(6)與示波器(1)產(chǎn)生脈沖信號輸入端相連；調(diào)節(jié)示波器(1)垂直靈敏度、水平靈敏度等，設(shè)示波器(2)偏置電壓為0，調(diào)節(jié)延遲時間直到示波器(1)發(fā)出高速脈沖信號。其等效階躍脈沖源上升時間為8ps，可實現(xiàn)對寬帶取樣示波器校準(zhǔn)等。
文檔編號H03K3/86GK1819458SQ200610056918
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者劉明亮, 朱江淼, 郁月華, 王躍佟, 趙科佳, 繆京元 申請人:北京工業(yè)大學(xué)