[实用新型]一种可编程步进延时时基和采样系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种可编程步进延时时基和采样系统，主要应用于对高速周期信号等效采样的设备中，如时域反射计(Time Domain Reflectometer，TDR)、数字采样示波器、探地雷达、电缆故障测试仪等。 

背景技术：

随着数字化技术的发展，对数据采集技术的要求越来越高，被处理的模拟信号也在向高频、宽带方面发展，但由于受现有元器件的性能和成本的限制，普通的A/D转换器很难对高频信号实行实时采集，而取而代之的是等效采样技术。在测量仪器中，常用的等效采样的方法主要有两种：顺序等效采样和随机等效采样。 

顺序等效采样根据被测信号周期性重复的特点，在被测信号不同相位时刻高速开启取样头取样，获取被测信号不同相位的幅度值，再根据相位将幅度连续排列，从而真实地重构出原始信号。具体做法是在每个重复的触发事件之后延迟一段很短的时间(记为Δt)，产生高速选通脉冲信号，打开取样头获取采样值。同时任何定时抖动或触发点的变化都将导致采样点的相位误差，相位误差的存在使得在重组信号时导致重建波形失真。因此如何在触发事件之后与之准确同步，并精确的按照预定的延迟时间Δt产生高速选通脉冲信 号，控制取样头开启是顺序等效采样的关键技术。这就是顺序等效采样系统中的精密步进延时时基电路。 

在很多情况下，被采样的信号周期较长、占空比小，而所关注的脉冲信号持续时间很短，一些典型的例子如时域反射计、脉冲体制雷达、激光测距雷达等，其脉冲信号持续时间小于100纳秒，而重复周期长达数十毫秒。所以精密步进延时时基电路还要有足够长的时间采集范围，可以对长周期短占空比的信号进行精确定时采样。 

取样头触发信号和脉冲源的触发信号是同步的，因此一般是同时产生的，为了采集到脉冲源阶跃前的信号，取样头触发信号必须超前于脉冲源的触发信号。传统方法是在脉冲源触发信号前增加额外的延迟电路以及电平转换电路，但是这种方法会产生额外的抖动误差，而抖动会直接影响等效采样的水平时基的稳定性，所以需要提供一种降低抖动的信号延迟方法。 

传统的步进延时电路有斜波比较方式和DDS(Direct DigitalSynthesizer，直接数字式频率合成器)方式以及可编程延迟芯片方式等。 

斜波比较法是将一个快斜波信号与一个阶梯波信号通过比较器来得到步进脉冲，该方式实质是将电压差转换为时间差。可以通过改变斜波斜率或阶梯波阶梯电压调节步进时间值Δt，前者调节快斜波充电电容容量改变，后者通过调整放大器增益来改变。无论哪种途径要精确、快速调整Δt，都很困难。用全模拟电路构成步进延时脉冲电路结构复杂，调试非常麻烦，且容易受到噪声、温度等影响。 DDS技术是一种把一系列数字形式信号通过DAC转换成模拟形式信号的合成技术。目前使用最广泛的一种DDS方式是利用高速存储器做查询表，然后通过高速DAC产生已经用数字形式存入的正弦波。但是DDS的一个明显的缺点是相位噪声大、频谱杂散分量较高，步进延时电路输出用于打开高速取样头，DDS的缺点容易造成较大取样误差。 

有些等效采样电路也采用了单片或者多片可编程延迟芯片的方式，但是没有将粗延迟和细延迟结合起来，因此信号采集范围有限；也没考虑到与重复的触发脉冲信号准确同步；为了让取样头触发信号超前于脉冲源的触发信号，需要增加额外的延迟电路，效果不好。 

实用新型内容：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种结合粗延迟和细延迟产生可编程无间断的精确延时采样信号、可以对长周期短占空比的信号进行精确定时采样的可编程步进延时时基和采样系统。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种可编程步进延时时基和采样系统，它包括有时钟模块、CPU/FPGA控制模块(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、粗延迟模块、细延迟模块； 

CPU/FPGA控制模块的输出端分别信号连接时钟模块、粗延迟模块、细延迟模块的输入端； 

时钟模块的输出端分别信号连接粗延迟模块、细延迟模块、脉 冲源，在预定触发频率和预定触发时刻产生采样时基信号； 

所述粗延迟模块包括一个收到触发信号之后对所述的时钟模块进行计数的可编程计数器。粗延迟模块的输出端信号连接细延迟模块的输入端，当可编程步进延时时基收到采样触发信号之后，在预先设定的第N个时钟周期产生粗延迟结束信号，产生收到触发信号之后第1个到第N个时钟周期间的粗延迟时间；