DBI示波器的交错处理

2016-08-17 12:55:43来源: eefocus
升频采样是常见的提升采样率的技术。为了在时域和频域中理解过采样的相似和区别,我们从过采样最直观的方式——大家所熟悉的多个数字化仪输出在时域上的交错开始。

 

时间交错使用了2个数字化仪。注意digitizer B的输入延时了半个采样周期。因此,digitizer B的数字化数据被延迟了半个采样周期。两个digitizer的输出数据以半个采样周期的延时交替读出,这个可以在每个数据流和稍后汇总时交替插入0实现,如Figure 2处理。

 

为了更好的讨论DBI示波器中的过采样技术,先看一下Figure 3所示的频域中的时间交错。

 

我们在称为“旧采样频率”的每个输入通道采样。低于耐奎斯特的频率成份完全正确。高于耐奎斯特的成份将沿耐奎斯特频率对折到位于耐奎斯特范围之内。如果以写入交错的0而获得升频采样,虽然能使有效采样率加倍,但由于原始的数据以旧采样率采样和耐奎斯特以上的成份被折回仍然存在问题。此外,我们只获得了新采样频率的低单边带映像。因此digitzer A的输出展示了基带(低于旧耐奎斯特)的原始频谱成份1随着频率反向镜像2(2,2的复数共轭)的变化。在旧耐奎斯特和旧采样率(如果我们加倍也是新耐奎斯特)之间的波段,我们看到1的复数共轭和标记为2的原始频谱成份。

 

同理,digitizer B频谱被推迟的例外由上标D表示。这一点,我们调整了延迟以便digitizer B的样点与在A和反之亦然插入的0对齐。 由U操作表明的标记为C的频谱图展示了这个操作。如果你观察到隶属于延迟和延迟调整的频谱成份和原始的频谱成份是一致的规律。同样,应用到复数共轭成份的延迟/延迟调整操作在共轭反向上产生结果。

 

如果将digitizer A的频谱输出和digitizer B的延迟调整频谱相加,频谱结果由原始成份1和2构成。共轭成份被忽略。这点,我们有效地增加采样率到2倍的原始采样率。由于低于采样数据不会导致混淆的频谱成份,他们将在总和操作中被忽略。

 

回到DBI示波器的过采样操作,参见Figure 4。

 

升频采样过程替代了digitizer后边的数字信号处理电路。这点的数据是数字,所以操作可以在软件中执行。关键点是下图所示的原理框图

 

升频采样过程是滤波器和混频器之后的过采样模块的函数。进入这个系统的数字数据以40 GS/s采样。升频采样器在有效采样率增加到80 GS/s的数据流中交替插入0。插入的交替0将原始数据和40GHz信号混频。在任何混频处理,这将导致原始基带数据结果被镜像到混合频率的周围。这个进程在频域中的最好理解如 Figure 5所示。

 

使用一个双工器将输入信号频谱分离到每个包含了一半频谱内容上或下波段。16~30GHz的上波段下变频到基带。注意这个是频谱反变换。

 

交替插入0到两个波段的波形。这个过程将采样率上变频到80 GS/s。这相当于将信号和40GHz的本振混频,并且作为大约40GHz的基带频谱镜像结果和谐波。在这点两个波段的信号被低通滤波并且保留基带频谱和新的80 GS/s采样率下的40GHz 耐奎斯特频率。

 

高波段频谱在基带和依然频谱反变换。将高波段和本振混频以去除反变换的频谱,并且将其恢复到原始的频率范围。混频器的输出是消除了高单边带镜像的带通滤波器,如Figure 6所示。

 

这个过程的结果将高波段还原到原始位置和打开基带区域。

 

记住,由于滤波操作,低波段仅有超过16GHz的部分转换成现在延伸到和旧有的20GHz耐奎斯特频率重复的16GHz~30GHz高波段部分。

 

在这点我们用合适的交跃相位纠正汇总低和高波段频谱。80 GS/s的采样率能产生从DC到30GHz的持续频谱。

 

因此你可以看到当数字带宽交错依赖于滤波器时利用时间采样交错的升频采样是基于相位消除的;但是,这两种情况下采样率加倍而不产生混淆是可能的。

 

最好的评估DBI过采样技术的方法是在WaveMaster 830Zi上查看21GHz的输入信号。每个digitizer的输入采样率是40 GS/s。

 

在这个采样率下耐奎斯特频率是20GHz。如果联合输入不是真实的80 GS/s过采样,21GHz信号将会混叠到19GHz。21GHz正弦输入的频谱如Figure 7 所示。

 

Figure 7中FFT的刻度横轴是 3GHz/div,纵轴是 10dB/div。21GHz 谱线是47dB高过19GHz的谱线和笔其他杂散响应高40dB。这是力科DBI示波器升频采样处理良好工作最有说服力的证据。

关键字:DBI  示波器  交错处理

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016081716765.html
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