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基于CSNS壁电流探测器数据采集的定制示波器的研制

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原子能科学技术 2019年第9期53卷 1715-1718页

作者：李芳孙纪磊徐韬光徐智虹李鹏黄蔚玲曾磊孟鸣邱瑞阳田建民杨涛散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049

壁电流探测器是观测粒子加速器瞬时束流信息的一种重要手段。中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器中安装了两个壁电流探测器,其中一个壁电流探测器用来测量束流的微脉冲信息。本文介绍了壁电流测量系统的硬件和软件,鉴于传统示波器在... 详细信息

壁电流探测器是观测粒子加速器瞬时束流信息的一种重要手段。中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器中安装了两个壁电流探测器,其中一个壁电流探测器用来测量束流的微脉冲信息。本文介绍了壁电流测量系统的硬件和软件,鉴于传统示波器在垂直分辨率及存储深度等方面的局限性,提出了一种定制示波器来进行壁电流的信息读取,并利用LabVIEW编程实现了20ms内束流信息的宏脉冲读取及微脉冲结构的分析,使用同步的环高频信息分析能得出快循环同步加速器中双束团关于相位、圈数、每圈束团形状等方面的相关信息。

关键词：壁电流探测器数据采集示波器中国散裂中子源

多通道混合示波器同步采集及三维映射模块设计

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多通道混合示波器同步采集及三维映射模块设计

作者：张琛电子科技大学

学位级别：硕士

混合信号示波器是一种在数字存储示波器和逻辑分析仪的基础上发展而来的新型示波器，具有通道数量多、模数信号可同时进行分析、使用效率高等优点。能够满足高速系统中复杂信号的测试需求，在现代测试领域中具有广泛应用场景。　　现代... 详细信息

混合信号示波器是一种在数字存储示波器和逻辑分析仪的基础上发展而来的新型示波器，具有通道数量多、模数信号可同时进行分析、使用效率高等优点。能够满足高速系统中复杂信号的测试需求，在现代测试领域中具有广泛应用场景。　　现代电子设备中的信号呈高速、复杂化趋势，对多路高速信号间相位的分析需求逐渐增多。信号间相位的准确分析对示波器各通道间的同步精度提出了较高要求。同时，信号中的偶发异常事件导致系统无法正常工作的情况愈发多见，示波器对偶发异常事件的捕获能力对此类问题的解决至关重要。　　本文对多通道混合示波器的同步采集和三维映射相关技术问题开展研究，设计并实现了一种多通道同步方案和高波形捕获率采集系统，主要工作内容如下：　　1、根据多通道混合示波器指标，结合示波器工作原理及部分关键指标的特殊需求，对系统内的FPGA逻辑架构进行设计并完成整机系统的实现。　　2、为实现通道间的高精度同步，通过多个时钟芯片基于时钟树结构级联的方式，设计了多采集板卡间的采样时钟同步产生电路方案，满足多片ADC器件对时钟和同步信号的需求;基于JESD204接口的确定性延迟特性，解决了多片ADC间的同步问题;改进混合触发系统，将模拟通道与数字通道的触发参数分离，实现模拟通道和数字通道间的延迟校正。　　3、为提高系统的波形捕获率，增加系统捕获复杂信号中低概率事件的能力，基于三维映射原理，搭建高波形捕获率采集系统。针对板间传输效率影响系统波形捕获率的问题，设计并实现了基于SerDes高速串行传输技术的板间交替传输系统;针对三维映射模块的底层RAM资源与相关控制单元连接复杂的问题，重新设计三维映射并行缓存与映射处理模块，实现了高性能的三维映射系统。　　4、为解决单色系三维波形显示层次感不足和信息反馈不明确的问题，基于HSV色彩模型设计并实现了三维映射跨色系的显示方案。通过不同概率对应不同色相的方式，更直观的展示概率信息。同时利用GPU对概率矩阵着色的特性，增加了回传至上位机的数据量，实现了概率矩阵的无压缩导出。　　本文基于多通道混合示波器平台，成功实现了6个模拟通道间同步精度在±100ps以内，模拟和数字通道间同步精度在±2ns以内的指标。在三维映射模式下，达到了不低于850,000wfms/s的波形捕获率，同时实现了多种跨色系显示功能。

关键词：示波器多通道同步波形捕获率现场可编程门阵列三维映射

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高速数字示波器中全数字触发模块设计

高速数字示波器中全数字触发模块设计

作者：胡章银电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子技术在新时代的不断发展,电子系统中的电信号越来越复杂。这对电子测量仪器的捕获能力提出了更高的要求。数字示波器作为在电子领域应用最为广泛的时域测试仪器,能够通过触发这一功能精准捕获具有复杂特征的信号。近些年,示波... 详细信息

随着电子技术在新时代的不断发展,电子系统中的电信号越来越复杂。这对电子测量仪器的捕获能力提出了更高的要求。数字示波器作为在电子领域应用最为广泛的时域测试仪器,能够通过触发这一功能精准捕获具有复杂特征的信号。近些年,示波器的采样率带宽等技术指标不断突破,而触发系统同样需要不断更新来匹配高速的采集模块。在高采样率的情况下,受限于FPGA内部工作时钟,每个工作时钟周期下存在多个采样点,传统模拟触发方案无法确定触发点的准确位置。同时温度、噪声、器件等因素会导致模拟器件中比较器输出不稳定,触发点发生抖动,而且波形数据的采集存储路径和模拟触发电路路径的不同会给模拟触发引入系统性的偏差。综上所述模拟触发已经无法满足用户在高速数字示波器下的观测需求。为了提高触发系统的捕获能力以及触发精度,本文将以高速数字示波器作为应用场景设计全数字触发模块,针对系统设计中的关键问题给出可行的解决方案。并最终进行上机验证。本文主要完成的工作和解决的问题如下:(1)全数字触发系统方案设计。将采样数据作为触发源信号,设计出一种数字触发模块对并行采样数据进行判断处理,避免了信号采集路径和触发路径不同而引入的系统性偏差问题。将触发系统按功能详细划分成触发比较模块、触发源模块、触发控制模块,提升了触发系统的模块化。针对边沿触发,分析触发位置的偏移误差,设计相应的校正方案。(2)高级触发模块设计。深入分析不同高级触发方式的触发机制,基于高速数字示波器平台,针对脉宽触发、斜率触发、欠幅触发、建立时间保持时间触发,设计并行触发方案,应对不同的采集情况。大大提高了示波器对复杂信号的捕获能力,将高级触发的测量参数步进精确至800 ps。(3)触发耦合模块设计。设计一种对数字触发源信号进行耦合的方案,替代原有的模拟触发耦合方案。将数字触发源信号通过实时滤波器,来消除触发信号中的噪声,避免错误的触发。最终将全数字触发模块应用至高速数字示波器中,并搭建相关测试平台。通过对数字示波器的调试与测试,本文设计的全数字触发模块相关的各项功能及技术指标均符合要求,完成了研究目标。

关键词：示波器全数字触发高级触发触发耦合

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示波器检定装置不确定度评定

今日自动化 2022年第2期 161-162,188页

作者：姜琳陈向荣刘群梁钰坤赵航中国人民解放军63861部队吉林白城137001

测量不确定度是现代计量科学理论的重要组成,是实验数据客观性和有效性的重要参考。可以通过对测量结果不确定度评定,判断计量标准是否符合国家检定系统和国家计量检定规程的要求,得出计量标准是否可以开展所申请项目的检定校准工作的... 详细信息

测量不确定度是现代计量科学理论的重要组成,是实验数据客观性和有效性的重要参考。可以通过对测量结果不确定度评定,判断计量标准是否符合国家检定系统和国家计量检定规程的要求,得出计量标准是否可以开展所申请项目的检定校准工作的结论。主要就不确定度的评定做了详尽的分析,并给出了相应的算法。

关键词：示波器不确定度计量标准

基于Electron的示波器软件若干技术研究与实现

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基于Electron的示波器软件若干技术研究与实现

作者：万家滔电子科技大学

学位级别：硕士

近年来国外的一些国家对我国出台的一系列技术封锁政策,使得核心技术知识产权自主可控的需求愈发迫切。为了实现示波器软件技术国产化,避免从根源上受制于人,本论文提炼了基于Electron的示波器软件若干技术研究与实现的研究课题。该示... 详细信息

近年来国外的一些国家对我国出台的一系列技术封锁政策,使得核心技术知识产权自主可控的需求愈发迫切。为了实现示波器软件技术国产化,避免从根源上受制于人,本论文提炼了基于Electron的示波器软件若干技术研究与实现的研究课题。该示波器软件借助Electron跨平台的特性,支持在Windows,Linux和mac OS系统中运行。采用基于国产的海光CPU的计算机作为计算机硬件平台,从根源上实现了示波器软件技术国产化。本课题的主要工作是对基于Electron的示波器软件的设计与实现,借助Rider2021等软件,对示波器软件技术方案选型与总体设计,基于web技术的人机交互界面的实现和性能优化,以及示波器主要功能实现的技术进行了研究与实现。具体内容如下:1、软件技术方案选型与总体设计:从国产化的角度出发,在符合示波器使用场景的前提下尽可能地选择国产的,开源的技术方案。先是进行了需求分析,初步确定了软件的功能框架。对现有的技术进行对比,分析,确定了基于Electron的示波器软件技术方案。该示波器软件采用MVC架构,前端,即视图层是基于Electron实现,后端包括模型层和控制层则是基于C#实现。MVC架构的采用使得该示波器软件的可扩展性强,易于维护。2、基于web前端开发技术的人机交互界面的实现及其性能优化:现有的示波器软件的人机交互界面主要基于WPF实现,只能在Windows系统中使用,无法满足跨平台使用的需求。为了解决这一问题,利用web技术重新开发了人机交互界面。首先对人机交互界面设计过程当中几个比较常用的组件的具体实现进行了介绍,随后介绍了示波器软件的主界面和功能面板的设计思想和具体实现,并阐明了软件前后端通信的过程。然后介绍了波形显示界面的实现细节。最后从人机交互界面的响应过程出发,分析并提出了对应的性能优化措施。3、示波器软件后端部分主要模块的实现:软件的前后端分别隶属于两个独立的进程,通过进程间通信的方式完成数据传输和指令分发。后端主要负责功能逻辑的实现,包括数据采集模块,数据分析与显示模块,内含FFT显示功能、余晖显示功能和光标测量功能,以及文件操作模块。最后对示波器软件的功能与性能进行了测试,验证了本课题所设计的示波器软件的可行性。

关键词： Electron 示波器人机交互界面国产化软件设计

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示波器阻抗匹配及探头选择问题研究

核电子学与探测技术 2013年第7期33卷 807-809页

作者：张秀华中物院电子工程研究所绵阳621900

简要介绍了阻抗匹配的原理,分析了示波器测试通道输入阻抗匹配问题以及测试探头的选择问题,为测试人员在进行系统信号测试时提供了参考依据。

关键词：阻抗匹配示波器探头特性阻抗

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示波器波形分析及验证性应用软件设计

示波器波形分析及验证性应用软件设计

作者：刘晨阳电子科技大学

学位级别：硕士

示波器作为电子测量领域的重要仪器,实现了波形数据的捕获与显示以及复杂信号的分析与处理。随着电子测量技术的飞速发展,数字示波器的硬件指标不断提升,对其软件平台的智能化、集成化也提出了更高标准的要求。尤其是波形分析和验证性... 详细信息

示波器作为电子测量领域的重要仪器,实现了波形数据的捕获与显示以及复杂信号的分析与处理。随着电子测量技术的飞速发展,数字示波器的硬件指标不断提升,对其软件平台的智能化、集成化也提出了更高标准的要求。尤其是波形分析和验证性分析方面,一直是各大示波器公司研发的热点。本文基于“高清晰数字示波器”项目的研发,在Visual Studio 2017开发工具下着重实现了波形分析与验证性软件的功能设计,其中波形分析作为示波器的重要用途,包含了许多功能模块,本文主要研究参数测量和光标测量两大部分,以此作为验证性软件实现的前提和基础。验证性软件包括针对DDR3信号的DDR3验证性应用软件和使用模板进行波形验证的极限/模板验证应用软件,本文研究的具体内容如下:1、波形分析模块:主要研究了参数测量功能和光标测量功能。其中参数测量模块以频数分布直方图参数为基础,实现垂直和水平参数的测量,并可以通过对一段时间内参数值的捕获,实现参数测量的统计功能。另外,本文还提出了参数测量指示器功能,实现了参数测量的图形化显示。光标测量模块则通过水平光标和垂直光标实现了波形的定点测量。2、DDR3验证模块:通过分析DDR3验证性测试的基本原理,制定了DDR3信号完整性测试方案,并在此基础上设计了DDR3验证性软件实现了DDR3信号质量的验证性测试。进行测试的DDR3参数类型主要包括:单端信号参数、差分信号参数、时钟时序参数、数据选通时序参数和命令/地址时序参数,并对每个参数的具体实现算法进行了详细研究。3、极限/模板验证模块:根据模板生成方式不同,分为波形极限测试和标准模板测试两个部分,通过软件配置参数实现模板的读取与绘制,并对比采集波形与选定模板之间的相容性,实现信号异常的统计与验证。本文的软件设计基于Windows系统的示波器平台,采用面向对象的设计思想和多线程的设计思路,完成了对各个模块的代码编写,并通过功能测试与验证,证明了各模块的功能稳定性与正确性。

关键词：示波器参数测量 DDR3验证极限/模板验证

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示波器串行协议触发固件设计

示波器串行协议触发固件设计

作者：宋兴喆哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在电子测试领域,示波器的触发功能可以帮助用户准确定位其所关心的信号。随着串行总线协议的迅速发展及广泛应用,实现示波器在串行总线通信过程中某种传输内容或错误上的触发功能,不仅能方便用户对串行总线的调试,还能实现仪器功能的多... 详细信息

在电子测试领域,示波器的触发功能可以帮助用户准确定位其所关心的信号。随着串行总线协议的迅速发展及广泛应用,实现示波器在串行总线通信过程中某种传输内容或错误上的触发功能,不仅能方便用户对串行总线的调试,还能实现仪器功能的多样性,进而提高仪器的市场竞争力。因此对这一功能的研究具有迫切的应用价值和实际意义。本课题旨在为科技部重大仪器专项“20GSa/s宽带高速多功能示波器”实现CAN、Flex Ray、ARINC429、MIL-STD-1553B、IC、SPI、UART和USB等8种串行总线的协议触发功能。本文研究了数字示波器时基和触发系统的结构及工作原理,并通过分析示波器的死区时间问题,提出了串行协议触发的数字逻辑实现方法。结合背景示波器信号处理模块FPGA的结构,以及用户对协议触发功能独立性的需求,提出了触发固件的设计方案。为了保证串行位时码流的准确生成,本文研究了总线协议的位时判定方法并采用多点采样的方式设计了位时形成模块。通过分析示波器对触发点的定位过程,使用数字逻辑的方式设计其预触发和后触发功能,保证总线信号波形显示的完整性。同时,根据8种总线的触发需求设计协议的触发判断模块并在模块中使用了基于有限状态机的协议解码流程控制方法,按照协议格式进行状态跳转并使能固件底层模块进行触发识别。在项目并行调试中,固件完成了各触发条件判断模块的仿真测试以验证流程控制方法的正确。同时,为了方便多总线测试并保证总线错误信号的生成,本文设计了基于任意函数发生器的串行总线数据产生系统。最后,通过搭建背景示波器的实机测试环境,读取示波器的触发数据,验证了串行协议触发固件对触发条件的识别功能和触发点前后数据的上传显示功能。结果表明,固件能够使背景示波器具有串行总线协议的触发能力,满足设计要求。

关键词：示波器触发串行总线有限状态机

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基于FPGA的便携示波器应用研究与设计

四川职业技术学院学报 2024年第3期34卷 150-153页

作者：马俊刘宸唐林四川职业技术学院电子工程学院四川遂宁629000

波形分析是电子产品开发、设计与维修中非常重要的手段,FPGA在实时性、稳定响应和并行处理等方面有突出优势,在高速高精度信号采集与处理中使用FPGA是当前发展的重要趋势。基于FPGA进行便携示波器的应用研究与设计,实现性能与便携性在... 详细信息

波形分析是电子产品开发、设计与维修中非常重要的手段,FPGA在实时性、稳定响应和并行处理等方面有突出优势,在高速高精度信号采集与处理中使用FPGA是当前发展的重要趋势。基于FPGA进行便携示波器的应用研究与设计,实现性能与便携性在应用上的兼顾;使用FPGA进行数据的实时处理,对外围设备进行直接驱动,使用简化的数据存储和处理流程,将AD采集的原始数据直接存储并直接传递到屏幕,计算参数的电路相对独立于数据采集与波形显示,提高了系统整体可靠性和实时性.

关键词：示波器 FPGA 便携式