專利名稱：一種在示波器中提高數(shù)據(jù)采樣精度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在示波器中提高數(shù)據(jù)采樣精度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在目前的示波器開(kāi)發(fā)中，為了提高采樣率，通常釆用多個(gè)相對(duì)低速的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器來(lái)拼出 一個(gè)更高采樣率的系統(tǒng)。具體實(shí)施辦法是通過(guò)控制輸入給模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的采樣時(shí)鐘相位，根據(jù)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的個(gè)數(shù)，將輸出的多路時(shí)鐘相位
均勻分布在360度內(nèi)，最終再將多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣到的數(shù)據(jù)根據(jù)時(shí)鐘相位按 順序排列出來(lái)，就形成一個(gè)更高采樣率的系統(tǒng)。
圖1是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包含模擬 信號(hào)輸入通道、多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元。時(shí)鐘 信號(hào)產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同，但相位不同， 各時(shí)鐘信號(hào)的相位在360度內(nèi)均勻分布。圖l所示的是時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元輸出4 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的情況，4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換單元由多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分 別接收一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)作為采樣時(shí)鐘。圖1所示的是多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元由4個(gè)模 數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的情況，4個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次是第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
外界的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后分發(fā)到每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn) 換后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理單元。第一至第四沖 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)依次是Dl、 D2、 D3、 D4。數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的相位順序?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行排序，對(duì)圖1 而言，數(shù)椐排列的前后順序是D1、 D2、 D3、 D4。
時(shí)鐘信號(hào)的相位精度決定了數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的精度。而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的時(shí)鐘信號(hào)的相位是固定的，類似一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，因此不能消除各時(shí)鐘信號(hào)間固有的誤差。也不能才艮據(jù)不同機(jī)器的芯片、^f更件之間的差異，以及環(huán)境溫度的 變化來(lái)動(dòng)態(tài)的調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位誤差。從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣精度比 較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種采樣精度較高的時(shí)鐘信號(hào)相位 校正裝置。
一種時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，包括多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元、
相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、相位比較單元、時(shí)鐘相位控制單元；所述相位校正信 號(hào)產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生相位校正信號(hào)；所述多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn) 行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；所述相位比較單元用于比較任意二 路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；所述時(shí)鐘相位控制單元根據(jù)相位差產(chǎn)生控 制信號(hào)；所述時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。 優(yōu)選的，所述多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括至少二個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 優(yōu)選的，所述多路才莫數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括十個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 優(yōu)選的，所述相位校正信號(hào)是上升沿為ps級(jí)的脈沖信號(hào)。 優(yōu)選的，所述比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位包括選擇某一路數(shù)字信號(hào)作 為基準(zhǔn)信號(hào)，將其它路數(shù)字信號(hào)的相位分別與基準(zhǔn)信號(hào)的相位進(jìn)行比較。 還提供一種時(shí)鐘信號(hào)相位校正方法。
一種時(shí)鐘信號(hào)相位校正方法，包括產(chǎn)生相位校正信號(hào)；對(duì)相位校正信號(hào) 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位， 并輸出相位差；根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)；根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
優(yōu)選的，所述至少二路數(shù)字信號(hào)是十路數(shù)字信號(hào)。
優(yōu)選的，所述比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位包括選擇某一路數(shù)字信號(hào)作 為基準(zhǔn)信號(hào)，將其它路數(shù)字信號(hào)的相位分別與基準(zhǔn)信號(hào)的相位進(jìn)行比較。
還提供一種數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)，包括模擬信號(hào)輸入通道、多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、 數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元、相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、切換開(kāi)關(guān)、時(shí)鐘相位控制單元；所迷數(shù)據(jù)處理單元包括相位比較單元；所述相位校正信號(hào)產(chǎn)生 單元用于產(chǎn)生相位校正信號(hào)；所述切換開(kāi)關(guān)用于使多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元選擇連接 模擬信號(hào)輸入通道或相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元；所述多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)相位校 正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；所述相位比較單元用于比 較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；所述時(shí)鐘相位控制單元根據(jù)相位 差產(chǎn)生控制信號(hào)；所述時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元4艮據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
還提供一種數(shù)據(jù)采集方法，包括切換為時(shí)鐘信號(hào)相位調(diào)整模式；產(chǎn)生相 位校正信號(hào)；對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；比 較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)；根據(jù) 控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
上述時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘產(chǎn)生單 元的時(shí)鐘相位，因此可以消除各時(shí)鐘信號(hào)間的固有誤差，從而使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 具有很高的采樣精度。也可以消除不同硬件個(gè)體因?yàn)檠訒r(shí)的差異導(dǎo)致的系統(tǒng)不 一致性；還可以消除系統(tǒng)在不同的工作環(huán)境(比如不同的環(huán)境溫度情況)下的 不一致性。


圖l是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。 圖2是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括模擬信號(hào)輸入通道、多 路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元、相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、 切換開(kāi)關(guān)、時(shí)鐘相位控制單元，數(shù)據(jù)處理單元包括相位比較單元。時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn) 生單元用于產(chǎn)生多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率相同，但相位不同，各時(shí) 鐘信號(hào)的相位在360度內(nèi)均勻分布。圖2所示的是時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元輸出4個(gè) 時(shí)鐘信號(hào)的情況，4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換單元由多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別接收一 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)作為采樣時(shí)鐘。圖2所示的是多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元由4個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 組成的情況，4個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次是第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第三模 數(shù)轉(zhuǎn)換器、第四才莫數(shù)轉(zhuǎn)換器。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有兩種工作模式，即正常工作模式和時(shí)鐘信號(hào)相位調(diào)整模 式，兩種模式的選擇通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于正常工作模式時(shí)，模擬信號(hào)輸入通道通過(guò)切換開(kāi)關(guān)與 多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元連接。外界的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后分發(fā)到每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理單元。第一至第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù) 字信號(hào)依次是Dl、 D2、 D3、 D4。數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的相位順序?qū)?shù) 字信號(hào)進(jìn)行排序，對(duì)圖2而言，數(shù)據(jù)排列的前后順序是D1、 D2、 D3、 D4。
當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于時(shí)鐘信號(hào)相位調(diào)整模式時(shí)，相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元通 過(guò)切換開(kāi)關(guān)與多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元連接。相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元輸出的相位校正 信號(hào)是上升沿很快(ps級(jí))的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理單元， 相位比較單元根據(jù)當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)來(lái)判斷當(dāng)前的時(shí)鐘信號(hào)的相位是否準(zhǔn)確。 具體的判斷過(guò)程是讓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于等效采樣模式，從每個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器單 獨(dú)恢復(fù)出波形，以第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)為基準(zhǔn)，分別測(cè)量其它模數(shù) 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)之間的相位差，測(cè)量 的精度和輸入信號(hào)上升沿的快慢、示波器的帶寬以及等效采樣模式的等效采樣 率有關(guān)系，精度可以到ps級(jí)。根據(jù)測(cè)量的結(jié)果可以判斷時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元輸出 的時(shí)鐘信號(hào)的相位是否理想。對(duì)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(jù)偏差的大小輸出相應(yīng)的控 制信號(hào)給時(shí)鐘相位控制模塊，時(shí)鐘相位控制單元相應(yīng)控制時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元調(diào) 整時(shí)鐘信號(hào)的相位。 一次判斷調(diào)整過(guò)程完后，循環(huán)進(jìn)行第二輪的校準(zhǔn)，直到時(shí) 鐘信號(hào)達(dá)到最優(yōu)的相位。上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘產(chǎn)生單元的時(shí)鐘 相位，因此可以消除各時(shí)鐘信號(hào)間的固有誤差，從而使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很高
的采樣精度。也可以消除不同硬件個(gè)體因?yàn)檠訒r(shí)的差異導(dǎo)致的系統(tǒng)不一致性； 還可以消除系統(tǒng)在不同的工作環(huán)境(比如不同的環(huán)境溫度情況)下的不一致性。 上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可應(yīng)用在示波器、測(cè)試^f義器、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。 .以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳 細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變 形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以 所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，包括多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元，其特征在于還包括相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、相位比較單元、時(shí)鐘相位控制單元；所述相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生相位校正信號(hào)；所述多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；所述相位比較單元用于比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；所述時(shí)鐘相位控制單元根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)；所述時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，其特征在于所述多路 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括至少二個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，其特征在于所述多路 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括十個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，其特征在于所述相位 校正信號(hào)是上升沿為ps級(jí)的脈沖信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置，其特征在于所述比較 任意二路數(shù)字信號(hào)的相位包括選擇某一路數(shù)字信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將其它路 數(shù)字信號(hào)的相位分別與基準(zhǔn)信號(hào)的相位進(jìn)行比較。
6、 一種時(shí)鐘信號(hào)相位;艮正方法，包括 產(chǎn)生相位校正信號(hào)；對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)； 比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差； 根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)； 根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正方法，其特征在于所述至少 二路數(shù)字信號(hào)是十路數(shù)字信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的時(shí)鐘信號(hào)相位校正方法，其特征在于所述比較 任意二路數(shù)字信號(hào)的相位包括選擇某一路數(shù)字信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將其它路 數(shù)字信號(hào)的相位分別與基準(zhǔn)信號(hào)的相位進(jìn)行比較。
9、 一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括模擬信號(hào)輸入通道、多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù) 處理單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元，其特征在于還包括相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、 切換開(kāi)關(guān)、時(shí)鐘相位控制單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括相位比較單元；所述相 位校正信號(hào)產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生相位校正信號(hào)；所述切換開(kāi)關(guān)用于使多路模數(shù)轉(zhuǎn) 換單元選擇連接模擬信號(hào)輸入通道或相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元；所述多路模數(shù)轉(zhuǎn) 換單元對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；所述相位 比較單元用于比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；所述時(shí)鐘相位控 制單元根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)；所述時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元纟艮據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí) 鐘信號(hào)的相位。
10、 一種數(shù)據(jù)采集方法，包括 切換為時(shí)鐘信號(hào)相位調(diào)整模式； 產(chǎn)生相位校正信號(hào)；對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)； 比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差； 根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)； 根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置和時(shí)鐘信號(hào)相位校正方法。所述時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置包括多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元、相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元、相位比較單元、時(shí)鐘相位控制單元；所述相位校正信號(hào)產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生相位校正信號(hào)；所述多路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元對(duì)相位校正信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出至少二路數(shù)字信號(hào)；所述相位比較單元用于比較任意二路數(shù)字信號(hào)的相位，并輸出相位差；所述時(shí)鐘相位控制單元根據(jù)相位差產(chǎn)生控制信號(hào)；所述時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單元根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位。所述時(shí)鐘信號(hào)相位校正裝置具有采樣精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R35/00GK101576610SQ200910107739
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者軻 秦, 趙亞鋒, 邵海濤 申請(qǐng)人:秦 軻;邵海濤;趙亞鋒