一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法

《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》是秦軻、邵海濤、趙亞鋒於2009年5月27日申請的專利，該專利的公布號為CN101576610，授權公布日為2009年11月11日，發明人是秦軻、邵海濤、趙亞鋒。

《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》涉及一種時鐘信號相位校正裝置和時鐘信號相位校正方法。所述時鐘信號相位校正裝置包括多路模數轉換單元、時鐘信號產生單元、相位校正信號產生單元、相位比較單元、時鐘相位控制單元；所述相位校正信號產生單元用於產生相位校正信號；所述多路模數轉換單元對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；所述相位比較單元用於比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；所述時鐘相位控制單元根據相位差產生控制信號；所述時鐘信號產生單元根據控制信號調整時鐘信號的相位。所述時鐘信號相位校正裝置具有採樣精度高的優點。

2018年12月20日，《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名： 一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法
• 公告號：CN101576610
• 授權日：2009年11月11日
• 申請號：2009101077391
• 申請日：2009年5月27日
• 申請人：秦軻、邵海濤、趙亞鋒
• 地址：廣東省深圳市南山區塘朗工業A區8棟5樓
• 發明人：秦軻、邵海濤、趙亞鋒
• Int.Cl.：G01R35/00(2006.01)I
• 代理機構：廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人：何平
• 類別：發明專利

專利背景

截至2009年5月27日，在目前的示波器開發中，為了提高採樣率，通常採用多個相對低速的模數轉換器來拼出一個更高採樣率的系統。具體實施辦法是通過控制輸入給模數轉換器的採樣時鐘相位，根據採用的模數轉換器的個數，將輸出的多路時鐘相位均勻分布在360度內，最終再將多個模數轉換器採樣到的數據根據時鐘相位按順序排列出來，就形成一個更高採樣率的系統。

圖1是傳統的數據採集系統的示意圖。傳統的數據採集系統通常包含模擬信號輸入通道、多路模數轉換單元、數據處理單元、時鐘信號產生單元。時鐘信號產生單元用於產生多個時鐘信號，每個時鐘信號的頻率相同，但相位不同，各時鐘信號的相位在360度內均勻分布。圖1所示的是時鐘信號產生單元輸出4個時鐘信號的情況，4個時鐘信號依次是CLK1、CLK2、CLK3、CLK4，那么CLK1的相位是0度，CLK2的相位是90度，CLK3的相位是180度，CLK4的相位是270度。多路模數轉換單元由多個模數轉換器組成，每個模數轉換器分別接收一個時鐘信號作為採樣時鐘。圖1所示的是多路模數轉換單元由4個模數轉換器組成的情況，4個模數轉換器依次是第一模數轉換器、第二模數轉換器、第三模數轉換器、第四模數轉換器。

外界的模擬信號經過調理後分發到每個模數轉換器，模擬信號經過模數轉換後進入數據處理單元。第一至第四模數轉換器輸出的數位訊號依次是D1、D2、D3、D4。數據處理單元根據時鐘信號的相位順序對數位訊號進行排序，對圖1而言，數據排列的前後順序是D1、D2、D3、D4。

時鐘信號的相位精度決定了數據採集系統的精度。而傳統的數據採集系統的時鐘信號的相位是固定的，類似一個開環系統，因此不能消除各時鐘信號間固有的誤差。也不能根據不同機器的晶片、硬體之間的差異，以及環境溫度的變化來動態的調整時鐘信號的相位誤差。從而導致數據採集系統的採樣精度比較低。

發明內容

技術方案

一種時鐘信號相位校正裝置，包括多路模數轉換單元、時鐘信號產生單元、相位校正信號產生單元、相位比較單元、時鐘相位控制單元；所述相位校正信號產生單元用於產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；所述多路模數轉換單元對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；所述相位比較單元用於比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；所述時鐘相位控制單元根據相位差產生控制信號；所述時鐘信號產生單元根據控制信號調整時鐘信號的相位。

優選的，所述多路模數轉換單元包括至少二個模數轉換器。

優選的，所述多路模數轉換單元包括十個模數轉換器。

優選的，所述比較任意二路數位訊號的相位包括：選擇某一路數位訊號作為基準信號，將其它路數位訊號的相位分別與基準信號的相位進行比較。

還提供一種時鐘信號相位校正方法。

一種時鐘信號相位校正方法，包括：產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；根據相位差產生控制信號；根據控制信號調整時鐘信號的相位。

優選的，所述至少二路數位訊號是十路數位訊號。

優選的，所述比較任意二路數位訊號的相位包括：選擇某一路數位訊號作為基準信號，將其它路數位訊號的相位分別與基準信號的相位進行比較。

還提供一種數據採集系統，包括模擬信號輸入通道、多路模數轉換單元、數據處理單元、時鐘信號產生單元、相位校正信號產生單元、切換開關、時鐘相位控制單元；所述數據處理單元包括相位比較單元；所述相位校正信號產生單元用於產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；所述切換開關用於使多路模數轉換單元選擇連線模擬信號輸入通道或相位校正信號產生單元；所述多路模數轉換單元對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；所述相位比較單元用於比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；所述時鐘相位控制單元根據相位差產生控制信號；所述時鐘信號產生單元根據控制信號調整時鐘信號的相位。

還提供一種數據採集方法，包括：切換為時鐘信號相位調整模式；產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；根據相位差產生控制信號；根據控制信號調整時鐘信號的相位。

改善效果

上述時鐘信號相位校正裝置形成一個閉環系統，可以動態調整時鐘產生單元的時鐘相位，因此可以消除各時鐘信號間的固有誤差，從而使數據採集系統具有很高的採樣精度。也可以消除不同硬體個體因為延時的差異導致的系統不一致性；還可以消除系統在不同的工作環境（比如不同的環境溫度情況）下的不一致性。

附圖說明

圖1是傳統的數據採集系統的示意圖。

圖1

圖2是數據採集系統的示意圖。

圖2

技術領域

《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》涉及一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法。

權利要求

1.一種時鐘信號相位校正裝置，包括多路模數轉換單元和時鐘信號產生單元，其特徵在於：還包括相位校正信號產生單元、相位比較單元、時鐘相位控制單元；所述相位校正信號產生單元用於產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；所述多路模數轉換單元對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；所述相位比較單元用於比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；所述時鐘相位控制單元根據相位差產生控制信號；所述時鐘信號產生單元根據控制信號調整時鐘信號的相位。

2.根據權利要求1所述的時鐘信號相位校正裝置，其特徵在於：所述多路模數轉換單元包括至少二個模數轉換器。

3.根據權利要求1所述的時鐘信號相位校正裝置，其特徵在於：所述多路模數轉換單元包括十個模數轉換器。

4.根據權利要求1所述的時鐘信號相位校正裝置，其特徵在於：所述比較任意二路數位訊號的相位包括：選擇某一路數位訊號作為基準信號，將其它路數位訊號的相位分別與基準信號的相位進行比較。

5.一種時鐘信號相位校正方法，包括：產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；根據相位差產生控制信號；根據控制信號調整時鐘信號的相位。

6.根據權利要求5所述的時鐘信號相位校正方法，其特徵在於：所述至少二路數位訊號是十路數位訊號。

7.根據權利要求5所述的時鐘信號相位校正方法，其特徵在於：所述比較任意二路數位訊號的相位包括：選擇某一路數位訊號作為基準信號，將其它路數位訊號的相位分別與基準信號的相位進行比較。

8.一種數據採集系統，包括模擬信號輸入通道、多路模數轉換單元、數據處理單元、時鐘信號產生單元，其特徵在於：還包括相位校正信號產生單元、切換開關、時鐘相位控制單元；所述數據處理單元包括相位比較單元；所述相位校正信號產生單元用於產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；所述切換開關用於使多路模數轉換單元選擇連線模擬信號輸入通道或相位校正信號產生單元；所述多路模數轉換單元對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；所述相位比較單元用於比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；所述時鐘相位控制單元根據相位差產生控制信號；所述時鐘信號產生單元根據控制信號調整時鐘信號的相位。

9.一種數據採集方法，包括：切換為時鐘信號相位調整模式；產生相位校正信號，所述相位校正信號是上升沿為ps級的脈衝信號；對相位校正信號進行模數轉換處理，輸出至少二路數位訊號；比較任意二路數位訊號的相位，並輸出相位差；根據相位差產生控制信號；根據控制信號調整時鐘信號的相位。

實施方式

圖2是數據採集系統的示意圖。數據採集系統包括模擬信號輸入通道、多路模數轉換單元、數據處理單元、時鐘信號產生單元、相位校正信號產生單元、切換開關、時鐘相位控制單元，數據處理單元包括相位比較單元。時鐘信號產生單元用於產生多個時鐘信號，每個時鐘信號的頻率相同，但相位不同，各時鐘信號的相位在360度內均勻分布。圖2所示的是時鐘信號產生單元輸出4個時鐘信號的情況，4個時鐘信號依次是CLK1、CLK2、CLK3、CLK4，那么CLK1的相位是0度，CLK2的相位是90度，CLK3的相位是180度，CLK4的相位是270度。多路模數轉換單元由多個模數轉換器組成，每個模數轉換器分別接收一個時鐘信號作為採樣時鐘。圖2所示的是多路模數轉換單元由4個模數轉換器組成的情況，4個模數轉換器依次是第一模數轉換器、第二模數轉換器、第三模數轉換器、第四模數轉換器。

數據採集系統具有兩種工作模式，即正常工作模式和時鐘信號相位調整模式，兩種模式的選擇通過切換開關實現

當數據採集系統處於正常工作模式時，模擬信號輸入通道通過切換開關與多路模數轉換單元連線。外界的模擬信號經過調理後分發到每個模數轉換器，模擬信號經過模數轉換後進入數據處理單元。第一至第四模數轉換器輸出的數位訊號依次是D1、D2、D3、D4。數據處理單元根據時鐘信號的相位順序對數位訊號進行排序，對圖2而言，數據排列的前後順序是D1、D2、D3、D4。

當數據採集系統處於時鐘信號相位調整模式時，相位校正信號產生單元通過切換開關與多路模數轉換單元連線。相位校正信號產生單元輸出的相位校正信號是上升沿很快（ps級）的脈衝信號，經過模數轉換後進入數據處理單元，相位比較單元根據當前採集到的數據來判斷當前的時鐘信號的相位是否準確。具體的判斷過程是：讓數據採集系統處於等效採樣模式，從每個模數轉換器單獨恢復出波形，以第一模數轉換器輸出的數位訊號為基準，分別測量其它模數轉換器輸出的數位訊號與第一模數轉換器輸出的數位訊號之間的相位差，測量的精度和輸入信號上升沿的快慢、示波器的頻寬以及等效採樣模式的等效採樣率有關係，精度可以到ps級。根據測量的結果可以判斷時鐘信號產生單元輸出的時鐘信號的相位是否理想。對圖2而言，也就是判斷CLK2的相位與CLK1的相位之差是否為90度，CLK3的相位與CLK1的相位之差是否為180度，CLK4的相位與CLK1的相位之差是否為270度。根據偏差的大小輸出相應的控制信號給時鐘相位控制模組，時鐘相位控制單元相應控制時鐘信號產生單元調整時鐘信號的相位。一次判斷調整過程完後，循環進行第二輪的校準，直到時鐘信號達到最優的相位。

上述數據採集系統形成一個閉環系統，可以動態調整時鐘產生單元的時鐘相位，因此可以消除各時鐘信號間的固有誤差，從而使數據採集系統具有很高的採樣精度。也可以消除不同硬體個體因為延時的差異導致的系統不一致性；還可以消除系統在不同的工作環境（比如不同的環境溫度情況）下的不一致性。

上述數據採集系統可套用在示波器、測試儀器、高速數據採集系統中。

以上所述實施例僅表達了《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》專利範圍的限制。應當指出的是，對於該領域的普通技術人員來說，在不脫離《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》的保護範圍。因此，《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》專利的保護範圍應以所附權利要求為準。

榮譽表彰

2018年12月20日，《一種在示波器中提高數據採樣精度的裝置和方法》獲得第二十屆中國專利獎優秀獎。