基于广义ATI架构的超宽带信号采样架构及关键技术研究

发布时间：2022-12-06 07:24

　　近十年来,以示波器为代表的超宽带信号采集系统工作带宽迅速提升,而决定其系统能力的四大核心要素分别是系统采样架构、模拟信号取样（取样头）技术、高速模数转换器（ADC）技术、数字恢复算法等,本论文工作围绕采样架构和取样头设计技术展开。现有三种典型的系统采样架构中,同步时间交织方式要求内部严格同步;异步时间交织方式仅包含两通道,降频能力有限;数字频段交织方式因通道间物理参数差异大,对数字资源需求较大;因此在同步难度大、带宽宽、数字资源有限的条件下,探索新的采样架构十分必要。取样头是决定系统性能上限的关键技术之一,近年来跟踪保持电路的带宽能力不断增强,已成为取样头的重要选项;但据已有文献报道,跟踪保持电路有三项工作需要进一步研究,分别是适应时间交织采样系统需求的低采样率大带宽设计、高频信号在信号保持时的馈通抑制、电路参数初值计算及优化方向的指导理论。因此,本文开展了如下几方面研究:1.针对同步难度大、带宽宽、数字资源有限情形,提出了广义异步时间交织（GATI）采样架构理论模型。GATI架构继承并发展了传统ATI的变频思路,将通道数目拓展为任意情形,并采用变换矩阵表征每个通道内、输入信号的各奈奎... 

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

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英文摘要
第一章 绪论
    1.1 研究背景及选题意义
    1.2 国内外研究概况及发展趋势
        1.2.1 取样头技术研究概况及发展趋势
            1.2.1.1 SHA研究现状及发展趋势
            1.2.1.2 THA研究现状及发展趋势
        1.2.2 时钟波形整形电路的研究现状和发展趋势
        1.2.3 超宽带采样系统架构研究概况及发展趋势
            1.2.3.1 STI采样架构研究概况及发展趋势
            1.2.3.2 数字频段交织采样架构技术内涵及发展趋势
            1.2.3.3 ATI采样架构技术内涵及发展趋势
            1.2.3.4 采样架构发展趋势小结
    1.3 本文研究内容
    1.4 论文内容安排
第二章 超宽带信号模拟采样过程基本原理
    2.1 超宽带信号采集系统对取样头的需求简介
    2.2 取样头基本原理简介
        2.2.1 SHA电路原理简介
        2.2.2 THA电路原理简介
    2.3 取样头采样过程分析
        2.3.1 SHA取样过程分析
        2.3.2 THA取样过程分析
        2.3.3 取样头采样后的信号带宽特性
    2.4 超宽带信号模拟采样过程基本原理小结
第三章 广义异步时间交织架构
    3.1 STI架构中取样头频谱特征简析
    3.2 GATI采样架构理论模型
        3.2.1 理想GATI传输矩阵
            3.2.1.1 GATI中频谱搬移关系
            3.2.1.2 当N为奇数时GATI信号重建矩阵分析
            3.2.1.3 当N为偶数时GATI信号重建矩阵分析
        3.2.2 GATI采样架构中的非理想因素分析
            3.2.2.1 增益误差对GATI影响分析
            3.2.2.2 直流误差对GATI影响分析
            3.2.2.3 时间偏移对GATI影响分析
            3.2.2.4 低通滤波器引入的幅度不一致补充说明
        3.2.3 GATI采样架构仿真验证
            3.2.3.1 仿真设定
            3.2.3.2 基于理想传输矩阵的仿真结果
            3.2.3.3 基于非理想传输矩阵的仿真结果
    3.3 GATI和STI两种采样架构的比较
        3.3.1 采样时钟脉冲对STI和GATI工作带宽影响分析
        3.3.2 同步精度对STI或GATI的影响分析
        3.3.3 ADC模拟带宽需求
    3.4 GATI采样架构研究小结
第四章 低采样率大带宽THA芯片设计技术研究
    4.1 低采样率大带宽THA的应用背景简介
    4.2 单路单阶THA芯片设计
        4.2.1 芯片电路设计
        4.2.2 芯片测试
    4.3 单路主从式THA芯片设计
        4.3.1 芯片电路设计
        4.3.2 芯片测试
        4.3.3 同行对比
    4.4 四路主从式THA芯片设计
        4.4.1 芯片电路设计
        4.4.2 芯片测试
        4.4.3 同行对比
    4.5 本章小结
第五章 低馈通THA电路非稳态模型及芯片电路设计技术研究
    5.1 常用抑制馈通方法回顾
    5.2 低馈通THA电路拓扑结构设计
    5.3 低馈通THA电路非稳态过程模型研究
        5.3.1 THA电路状态转换过程中约束方程线性化
        5.3.2 THA电路非稳态过程的延时特性分析
        5.3.3 基于延时模型的THA非稳态过程数学模型
        5.3.4 非稳态模型要素及其对参数计算的指导作用
        5.3.5 零点电路参数计算
    5.4 非稳态模型指导下的低馈通新结构THA电路设计研究
        5.4.1 主从式低馈通新结构THA电路设计
        5.4.2 仿真与测试结果
        5.4.3 测试结果分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 未来方向
致谢
参考文献
附录 博士研究生期间发表学术论文情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于场效应管与阶跃恢复二极管的皮秒级脉冲源设计[J]. 张岩松,张亚东,梁步阁,何继爱.  强激光与粒子束. 2017(04)
[2]多通道频率交织1.4GHz宽带DRFM系统[J]. 江舸,李皓,李文杰,许晏.  电子科技大学学报. 2015(06)
[3]基于TIADC的20 GS/s高速数据采集系统[J]. 杨扩军,田书林,蒋俊,曾浩.  仪器仪表学报. 2014(04)

博士论文
[1]高速脉冲波形合成关键技术研究[D]. 付在明.电子科技大学 2010



本文编号：3711338