[發(fā)明專利]一種TDR中高速模數(shù)變換的方法及其電路裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210341743.6
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102868401A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪立森
• 申請（專利權(quán)）人: 南京協(xié)力電子科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子測試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種TDR中高速模數(shù)變換的方法及其電路裝置。

背景技術(shù)

典型的TDR（Time?Domain?Reflector）特性阻抗測試系統(tǒng)主要由一高速階躍脈沖發(fā)生器和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。階躍脈沖的上升時間決定了分辯特性阻抗不連續(xù)性的能力；高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器決定了測試時間，即特性阻抗變化位置的分辨率。

設(shè)階躍脈沖信號在印制線路上的傳送速度為150m/us，若要求特性阻抗變化位置準(zhǔn)確度為5mm，則時間計(jì)量最小單位應(yīng)為33.3ps，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率應(yīng)高達(dá)30GHz；另外，為提高特性阻抗測量的精確度，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度即變換位數(shù)也提出了很高的要求。但目前還沒有滿足如此要求的超高速度、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器及相應(yīng)速度的控制器和緩沖存儲器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用較低速度、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)超高速度、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的TDR中高速模數(shù)變換的方法及其電路裝置，以實(shí)現(xiàn)特性阻抗的低成本測試。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種TDR中高速模數(shù)變換的方法，其特征是包括以下步驟：

１）通過多次發(fā)射同一階躍脈沖，使得作為測試信號的階躍脈沖和模數(shù)轉(zhuǎn)換器同頻率采樣脈沖的相位差按周期線性遞增的方法來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器超高速的等效采樣；

２）利用鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)所述階躍脈沖和采樣脈沖的相位差按周期線性遞增；

３）在一次測量過程中，每發(fā)送一個所述階躍脈沖，模數(shù)轉(zhuǎn)換器便完成一次采樣，后一所述階躍脈沖與采樣脈沖相對延遲Δt，……，一共發(fā)射n個所述階躍脈沖，完成n個點(diǎn)的采樣值，將該n個點(diǎn)的采樣值按先后順序保存在緩沖存儲器中，從而“拼接”成一幅高精度的所述階躍脈沖回波波形圖；

所述步驟１的通過多次發(fā)射同一所述階躍脈沖的步驟之前還包括步驟：通過晶體振蕩器產(chǎn)生的方波脈沖信號作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣脈沖信號，同時，該方波脈沖信號也是鎖相環(huán)路的輸入信號。通過壓控振蕩器產(chǎn)生輸出信號，該信號與方波脈沖信號在環(huán)路鎖定的情況下，兩者同頻率，相位差等于零或?yàn)橐怀?shù)。

所述步驟２的利用鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)所述階躍脈沖和采樣脈沖的相位差按周期線性遞增包括以下步驟：為使所述相位差Δt按周期線性遞增，本發(fā)明將高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與鑒相器的輸出電壓作為環(huán)路濾波器的輸入信號，并使數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓線性下降，由于鎖相環(huán)路的相位負(fù)反饋?zhàn)饔茫b相器輸出脈沖寬度也在相應(yīng)地線性增大，這就意味著所述階躍脈沖和采樣脈沖的相位差Δt按周期線性遞增。

所述步驟３的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣脈沖作為鎖相環(huán)路輸入信號，壓控振蕩器輸出信號作為鎖頻鎖相輸出信號，經(jīng)脈沖前沿陡峭處理后作為阻抗測試信號。本發(fā)明利用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與鑒相器的輸出電壓作為環(huán)路濾波器的輸入信號。

本發(fā)明還提供一種TDR中高速模數(shù)變換電路裝置，包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、階躍脈沖產(chǎn)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和晶體振蕩器。所述鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和階躍脈沖產(chǎn)生器依次連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別與微控制器連接，階躍脈沖產(chǎn)生器的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端連接環(huán)路濾波器，晶體振蕩器分別連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的時鐘端（CLK）和鑒相器的第一輸入端，鑒相器的第二輸入端連接壓控振蕩器的輸出端。

所述環(huán)路濾波器為求和比例積分器。

所述壓控振蕩器為晶體壓控振蕩器。

所述鑒相器為異或邏輯門電路。

本發(fā)明的TDR中高速模數(shù)變換電路裝置通過多次發(fā)射同一階躍脈沖，使得作為測試信號的階躍脈沖和模數(shù)轉(zhuǎn)換器同頻率采樣脈沖的相位差按周期線性遞增的方法來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器超高速的等效采樣；利用鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)所述階躍脈沖和采樣脈沖的相位差按周期線性遞增。本發(fā)明的TDR中高速模數(shù)變換電路裝置利用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與鑒相器的輸出電壓作為環(huán)路濾波器的輸入信號。

在特性阻抗測量中，由于阻抗不連續(xù)點(diǎn)與測量起點(diǎn)的相對距離是靜止的，故可設(shè)計(jì)在一次測量過程中，通過多次發(fā)射同一階躍脈沖以獲得多個不同延遲時刻的采樣數(shù)據(jù)，最后將多個不同延遲時刻的采樣數(shù)據(jù)用拼接的方法來等效在一個階躍脈沖中的超高速的密集采樣。為獲得多個不同延遲時刻的采樣數(shù)據(jù)，本發(fā)明利用鎖相環(huán)路和高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器，使得作為測試信號的階躍脈沖和模數(shù)轉(zhuǎn)換器同頻率采樣脈沖的相位差按周期線性遞增的方法來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器超高速的等效采樣。其等效采樣間隔由高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出電壓的變化率決定，變化率越低，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等效采樣間隔越小，相當(dāng)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器等效采樣頻率越高。