[发明专利]任意波形发生器输出信号电压摆幅的自校准电路及方法

说明书

本发明公开了一种任意波形发生器输出信号电压摆幅的自校准电路及方法，属于电子测试测量领域，该电路包括通道和FPGA，通道和FPGA之间连超高速比较器、可调精密电压源、超高速D触发器，超高速比较器的正、负信号输入端分别连通道信号输出端、可调精密电压源的电压输出端，超高速比较器的输出端连接超高速D触发器的时钟端，超高速D触发器的Q端直接连接到FPGA，FPGA还连接可调精密电压源的电压输入端。该方法将该电路内嵌在各任意波形发生器的通道电路上，通过FPGA控制可调精密电压源，根据校准电路形成是非判决，利用FPGA内的负反馈算法实现高精度的输出信号电压摆幅精密自动校准。本发明具有校准精度高、校准速度快、占用硬件资源少，环境适应性好等特点。

技术领域

本发明属于电子测试测量领域，具体涉及一种任意波形发生器输出信号电压摆幅的自校准电路及方法。

背景技术

现有任意波形发生器在使用过程中，经常会遇到没有外部校准仪器的情景，在雷达测试、生物工程、计量测试等领域中，需要任意波形发生器各通道输出的信号电压摆幅精确有效，精确度一般从10μV级到1mV级不等。一般任意波形发生器各通道的输出信号，在未校准时，输出信号相位精度一般在10mV级到100mV级，因此需要对各通道输出信号电压摆幅进行自校准。

在自校准的过程中，其输出信号电压摆幅的自校准主要依赖高精度的ADC采集通道输出信号的摆幅和直流电平。当任意波形发生器的带宽提高到GHz以上时，采集通道输出信号的摆幅代价极大，主要是依赖在仪器内部设置高带宽精密ADC，这会大幅增加仪器复杂度和设计成本，降低仪器可靠性。且随着任意波形发生器带宽的增加，传统校准电路的准确性越发难以保障。

现有任意波形发生器电压摆幅自校准的最常用技术方案只有一种，就是在通道上增加高采样率高精度ADC，根据ADC反馈数据自动校准。其原理如图1所示，当校准开始时，由内部高采样率ADC采集各通道信号，送至FPGA，由FPGA通过ADC采集的数值，做一张电压修正值表单，写入波形发生时的滤波器，在任意波形发生器软件中做相应的增加或扣除即可。该方案相当于需要在任意波形发生器内部再集成了一个采集卡。这种校准的方法的好处是校准过程自动化程度高，且不需要外部高性能示波器或功率计的支持。但该放大校准的精度极为依赖高速高采样率ADC的测量精度，然而通常情况下，同样带宽的ADC精度实际上无法超过DAC的精度，所以现有任意波形发生器自校准电路的精度都较差。

综上所述，在各通道上增加高采样率高精度ADC，根据ADC反馈数据自动校准，其要想精密测得各通道输出信号摆幅的准确值，对高采样率高精度ADC的性能要求极高，其电路极其复杂，且该方案的校准精度直接相关于ADC的采样率、有效垂直分辨率，对于宽带任意波形发生器，其精度一般只能达到几十mV量级，对于更严格的校准要求，该方案的设计复杂度和工程实现难度都会成倍增加，而且成本也会剧烈升高，占用FPGA等硬件资源也会成倍增加。甚至导致整台仪器的校准电路硬件成本、占板面积超过主要信号发生电路。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种任意波形发生器输出信号电压摆幅的自校准电路及方法，利用超高速比较器、可调精密电压源与超高速D触发器替代了原本昂贵而复杂的高采样率高精度ADC，采用一种结构简单的电路内嵌在各任意波形发生器的通道电路上，可以完成高精度的通道输出信号电压摆幅精密自校准功能。

本发明的技术方案如下：

任意波形发生器输出信号电压摆幅的自校准电路，包括通道和FPGA，通道和FPGA之间连接超高速比较器、可调精密电压源、超高速D触发器；超高速比较器的正、负信号输入端分别连接通道信号输出端、可调精密电压源的电压输出端，超高速比较器的输出端连接超高速D触发器的时钟端，超高速D触发器的Q端直接连接到FPGA，FPGA还连接可调精密电压源的电压输入端。

优选地，超高速比较器输出的最小脉冲信号宽度为80ps。

优选地，超高速D触发器的时钟输入端敏感到的时钟脉冲信号宽度为75ps。