（信号与信息处理专业论文）agilent+dca86100型数字通信分析仪校准系统研究.pdf

摘要 摘要 从上世纪九十年代，第一代模拟通信电话的出现，到二十一世纪初，第二代数 字电话的全面应用，极大地缩短了人与人之间沟通的时间和距离，随着现今第三代 移动通信技术在我国全面商用，带宽问题逐步得到解决，可视电话的出现使得办公， 娱乐更信息化，随时随地通信变得触手可及。要满足不断发展的移动通信技术要求， 传输带宽、速率、高保密性、低误码率等重要指标是通信设备仪器商的发展方向和 目的，近年来，各种高新仪器不断出现，为移动通信新技术全面实施提供了有力的 设备和技术支持。 通信仪器的稳定性和可靠性是首要指标，为了保障仪器的稳定、可靠，仪器在 使用一定时限，就需要复检，校准，一般校准期限为一年。校准的作用是保障量值 传递和溯源，自上而下，实现仪器标准的统一。本文主要阐述了安捷伦公司其下的 d c a 8 6 1 0 0 数字通信分析仪校准系统实现过程。首先阐述了量值传递和溯源的重要性， 是仪器标准传递的唯一途径，接着介绍了数字存储示波器原理、功能和应用状况， 在此基础上讲述了a g il e n td c a 8 6 1 0 0 通信分析仪器原理、功能和常用模块，最后根 据国家已发布的有关数字示波器和数字通信分析仪校准技术规范，结合d c a 8 6 1 0 0 说 明书，选择相应的参数作为校准项目，提出校准方法和搭建校准平台，实现校准过 程。整个校准过程分为五部分：校准方法、校准平台、数据记录、数据预处理和不 确定度分析。 本文采用源表法测量方法，选取d c a 8 6 1 0 0 数字通信分析仪主要参数，如：主机 时间间隔、校准信号电平、模块5 4 7 5 4 的d c 测量精度、光平均功率进行测量，实验 对同一模块同一参数，重复进行了6 1 0 次测量，并记录下实验数据。在数据处理 方面，先进行数据预处理，剔除粗大误差，然后进行a ，b 类不确定度评定，由a ，b 类不确定度合成总不确定度，最终给出测量结果。 a g i l e n td c a 8 6 1 0 0 校准系统的建立，可作为数字通信分析仪校准技术规范和宽 带数字示波器校准技术规范的补充和外延，同时，该仪器的校准有助于保障数字通 信仪器的量值准确、统一，发挥电子计量对通信科研、通信建设的保障和技术基础 的作用，也为通信厂商提供了技术支撑。 关键词：校准；检定；a g i l e n td c a 8 6 1 0 0 ；宽带示波器；数字通信分析仪 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tt h en i n e t i e so fl a s tc e n t u r y , p e o p l eu s e dt h ef i r s tg e n e r a t i o na n a l o gc e l lp h o n ef o r c o m m u n i c a t i o n t h ef i r s ts e v e r a ly e a r so f21s tc e n t u r y , p e o p l ec h a n g eas e c o n dg e n e r a t i o n c e l lp h o n e ，d i g i t a lp h o n ef o rd a i l ya f f a i r , w h i c hg r e a t l ys h o r t e no u rt i m ea n dd i s t a n c ef o r c o n n e c t i o n n o w a d a y s ， a st h et h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y g r e a t l yd e p l o y i n gi no u rc o u n t r y ，b a n d w i d t hi s s u eh a v eb e e ns e t t l e dg r a d u a l l y w i t ht h e a p p e a r a n c eo fv i d e op h o n e ，i tl e to u rw o r k , e n t e r t a i n m e n tb e c o m em o r ei n f o r m a t i v ea n d s p e e d y a tt h es a m et i m e ，t om e e tt h ed e v e l o p i n gn e e do fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ， t e l e c o m m u n i c a t i o nc o r p o r a t i o n sa l ep a ya t t e n t i o no ni t si n s t r u n a e n tf u n c t i o ns p e c i f i c a t i o n , l i k e ，t r a n s m i s s i o nb a n d w i d t h , s p e e d , h i g hc o n f i d e n t i a l i t y , l o we r r o rr a t ea n ds oo n r e c e n t l y , m a n yc o r p o r a t i o n sa r er e s e a r c h i n ga n dd e s i g n i n gn e wi n s t r u m e n t sf o rm o b i l e 、v a l l ( s w h i l e ，t h ef i r s ta n da l s oi m p o r t a n tf a c t o ro ft e l e c o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n ti si t s s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y i no r d e rt oe n s u r ei t ss t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y , e q u i p m e n tm u s tb e v e r i f i e do rc a l i b r a t e da f t e ro no p e r a t i o nf o ro n ey e a ro re v e nl o n g e r t h ef u n c t i o no f c a l i b r a t i o ni st oa f f o r dv a l u et r a c e a b i l i t ya n dv a l u et r a n s m i s s i o nf r o mt o pt ob o t t o m s o t h a ti tc a np r o m i s ei n s t r u m e n t sw i t ht h es a m es t a n d a r d t h i sp a p e rd e s c r i b e sap r o c e s so f c a l i b r a t i o no fa g i l e n t8 610 0d i g i t a lc o m m u n i c a t i o na n a l y z e r f i r s t l y , i ti l l u m i n a t e st h e i m p o r t a n c eo fv a l u et r a c e a b i l i t ya n dv a l u et r a n s m i s s i o n a n dt h e n , t h ep a p e ri n t r o d u c e s d i g i t a lo s c i l l o s c o p ea n da g i l e n td c a 8 6 10 0w i d e b a n do s c i l l o s c o p e ，f o c u so ni tb a s i c f u n c t i o n , b a s i cs t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c e a tl a s t ，t h ep a p e rf i g u r e so u tt h ec a l i b r a t i o n m e t h o da n di t sp l a t f o r ma c c o r d i n gt od c a 8 610 0s p e c i f i c a t i o na n ds o m er e l a t e dd i g i t a l o s c i l l o s c o p ec a l i b r a t i o nc r i t e r i o n t h et o t a l l yc a l i b r a t i o np r o c e s s i n gi n c l u d e s ：c a l i b r a t i o n m e t h o d ，c a l i b r a t i o np l a t f o r m , c a l i b r a t i o nd a t ar e c o r d , d a t ap r o c e s s i n ga n du n c e r t a i n t y a n a l y s i s t h ep a p e ra p p l i e sag e n e r a t o r - m e t e rm e t h o df o rc a l i b r a t i o n i ts e l e c ts o m ek e y p a r a m e t e r so fd c a 8 6 10 0 ，s u c ha s ，t i m ei n t e r v a l , c a l i b r a t i o ns i g n a ll e v e l ，m o d u l e5 4 7 5 4 d cp r e c i s i o n , o p t i c a la v e r a g ep o w e rf o rt e s t i n g i nt h et e s t i n g ，e a c hp a r a m e t e rh a sb e e n t e s t e ds i xo rt e nt i m e sf o rr e p e t i t i o ni no r d e rt ol o w e ri t se r r o r i nd a t ap r o c e s s i n g ，s o m e a b s t r a c t b i gb i a sm u s tb ep i c k 。o u tf i r s t ，t h e nt h ep a p e rf i g u r e so u tu n c e r t a i n t yi nm e a s u r e m e m f i n a l l y , i tg i v e so u tt h et c s t 崦r e s u l t t h ee s t a b l i s h m e n to fc a l i b r a t i o ns y s t e mo fa g i l e n td c a 8 610 0c a nb eas u p p l e m e n t o ft h ec a l i b r a t i o nc r i t e r i o no ft h ew i d e b a n do s c i l l o s c o p ea n dd i g i t a lc o m m u n i c a t i o n a n a l y z e r a l s oi t e n s u r em e a u s u r ev a l u et r a c e a b i l i t ya n dv a l u et r a n s m i s s i o n , p l a y i n ga n i m p o r t a n tr o l eo ne l e c t r o n i ca n dt e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d s w h a ti sm o r e ，i tp r o v i d e s t e c h n i c a ls u p p o r ta n da s s i s t a n c ef o rt e l e c o m m u n i c a t i o n sc o r p o r a t i o n s k e y w o r d s ：c a l i b r a t i o n , v e r i f i c a t i o n , a g i l e n td c a 8 6 10 0 ，b r o a d b a n d o s c i l l o s c o p e ， d i g i t a lc o m m u m c m i o n sa n a l y z e r 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师 的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特，i i l j n 以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他 用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成 果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签名： 论文作者签名： 孙。 余丑彳 呷| 7 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 电子计算测试是在直流到可见光整个电磁频谱范围内进行的。通常，电磁计量 涉及的是直流和低频的电磁参量计量，频率上限一般不超过几十赫兹。而电子计量 具有极为宽广的频率覆盖，其低端往往与直流和交流电磁计量交叉，高端则可达亚 毫米波段，并与光学计量交叉。在高速发展的通信业和国防工业，高传输速度，宽 带宽，低误码率的通信仪器不断日新月异，著名的通信仪器厂商安捷伦公司在这方 面尤为突出，其d c a 8 6 1 0 0 是光电通信测试仪器的典型代表，它除了是一台极宽频带 的经典示波器以外，还是一台电信业以及数据通信业使用的数字信号分析仪器，通 常称为“数字通信分析仪 即d i g i t a lc o m m u n i c a t i o n sa n a l y z e r 。 随着第三代移动通信在我国逐步普及，许多通信企业和厂商已在近几年加大研 发力度，推动我国通信业稳定、快速发展，其研发的通信测试仪器的测量范围将会 更广，精度更高，处理速度更快。 1 2 国内外背景 2 0 世纪6 0 年代从高频电流表发展到热偶式电流表，从高频电流标准发展到以电 压为电子计量最基本的参量之一。随着频率的增高，出现了分布参数系统，功率参 量又取代了电压参量的重要地位。7 0 年代后，微电子技术和数字系统的发展，出现 了半导体参量计量测试与数据域测量。8 0 年代，随着光纤通信、移动通信和数字通 信技术的发展，促进了光纤电参量特别是它的传输特性参量( 如光纤带宽、衰耗、 色散、场分布等) 以及数据域参量( 如误码率、相位抖动、数据幅度、脉冲、群延 迟等) 计量测试的发展。9 0 年代以来，集现代广播电视网、计算机网络等高科技于 一体的高速大容量交互式综合信息网技术突飞猛进，涵盖了光波、亚毫米波、毫米 波、微波与r f 技术，并在信息传输和交换中，采用数字调制取代过去的模拟调制， 出现了所谓调制域计量测试。随着全球电子设备的日益增多。近代高新设备的日益 增多，近2 0 年来，对电磁干扰和电磁兼容的计量测试的需求日益增多。近代高新技 术的发展使频谱资源得到越来越多的开发利用，无线电电子学的分支越来越多，越 来越细。测量测试仪器要求也越来越高。各种电磁参数、宽广频率范围和量程、多 广东工业大学硕十学位论文 种多样的传输线和接头形式对测试仪器提出了前所未有的挑战。n 1 然而，每- n 量测试仪器使用一定时期后，准确度，精度，都有一定的下降， 此时，能否还能满足我们测试需求，测量校准就应运而生，自上而下的量值传递和 溯源，最大限度地保证每- - n 量测试仪器的可靠性和准确性，从而实现对生产成品 的质量保证。 1 3 量值传递与溯源 在计量校准活动中，所有的用来定义、实现、保持和复现的测量标准量值或测 量器具的测量结果都应具有溯源性。所谓溯源性是指通过具有规定不确定度的、不 间断的比较链，使测量结果或标准的量值能够与规定的参照标准、国家标准或国际 测量标准联系起来的特性。量值的溯源性是质量检验机构出具的检测数据具有法律 效力，并能取得国际互认的基本条件。 1 3 1 含义 ( 1 ) 量值传递的含义 量值传递是指通过对测量器具的校准或检定，讲国家测量标准所复现的单位量 值通过各等级测量标准传递到工作测量器具的活动，以保证被测对象的量值准确_ 致。包括以下几个方面： 量值传递是通过测量器具的检定、校准和对比等方法来实现的，即量值传递要通 过一组特定的操作活动来实现。 量值传递是由国家测量标准开始，将其复现的计量单位传递到各等级测量标准， 直至工作测量器具，即量值传递是逐级向下的单位量值统一的工作。 量值传递结果是保证被测量的量值具有与国家测量标准相联系的特性，即量值传 递的证据是测量器具量值准确可靠的“可追溯性 证据。 量值传递往往是政府部门对企业和单位提出的要求，把建立的国家测量标准复现 的计量单位量值能够传递下去。 ( 2 ) 量值溯源的含义 量值溯源简称溯源，它是量值传递的逆过程，是通过连续的比较链，使测量器 具测得的量值能够与国家测量标准或国际测量标准联系起来。其包括以下几个方面： 量值溯源是测量器具通过连续不间断的各等级测量标准相比较的环节来实现的， 2 第一章绪论 比较可以是检定、标准、对比、测试等形式，即量值溯源是通过溯源链实现的。 量值溯源是有测量器具开始，将其测量结果自下而上地追溯到国际测量标准或国 际测量标准，即测量溯源是不间断向上的计量单位量值的统一。 测量溯源的结果是保证测量器具的测量结果能够与参考标准知道国家测量标准 或国际标准联系起来，即量值溯源的证据也是测量器具量值准确可靠的“可追溯 性”证据。 量值溯源往往是测量器具使用、生产、经营的企业或单位自身的要求，希望活得 准确的量值并被认可。 1 3 2 量值传递与溯源的关系 量值传递与量值溯源为互逆关系，可以用图1 - 1 来表示其关系 图1 - 1 量值传递与溯源关系 f i g u r e l 一1v a l u et r a c e a b i l i t ya n dv a l u et r a n s m i s s i o n 1 3 3 量值传递的基本方式 虽然各种测量器具种类繁多，但是实现量值传递的方式归纳起来通常只有六种： 3 广东工业大学硕士学位论文 固定计量标准传递、搬运计量标准传递、发放标准物质传递、发播标准信号传递、 公用传递标准比对和寄送传递标准传递。 1 4 数字通信分析仪及校准项目 数字通信是目前全球发展最快的技术领域之一。经过短短的十年发展历程，人 类已经从模拟通信时代全面快速地进入了数字通信时代，它使人们的日常工作和生 活发生了质的变化。数字编码信号以特定的格式调制高频载频信号，从而产生了数 字调制信号。数字信号的制式种类繁多，常见的数字通信制式有g s m ，c d m a ，w c d m a ， t d s c d m a ，n a d c 等，此外还有数字视频、数字音频广播等。不同的通信制式采用不 同的调制方式，常用的调制方式有b p s k ，q p s k ，8 p s k ，1 6 q a m ，2 5 6 q a m 等。数 字信号不仅在时间上是离散的且在幅度上也是离散的，它主要以基带传输和频带传 输两种方式对信号进行远距离传输，它有着许多模拟通信无法比拟的优点，比如它 抗干扰能力强，采用再生中继可实现高质量远距离传输，灵活性强可适应各种业务 要求，便于与计算机连接，易于加密，易于集成化等。随着科学技术的进步，数字 通信正向着小型化、智能化、高速度、大容量的方向发展。 数字宽带示波器是人类走向数字化、智能化、信息化时代发展起来的新型显示 测量仪器。其性能指标、测量功能、频带宽度及测量精度，都大大超过了传统模拟 示波器，因此，数字宽带示波器测试能力更强、应用范围更广，特别是在数字通信 与信息技术领域的研究、开发、生产、调试及故障维修中，起到其它电子测量仪器 无法替代的作用，成为现代通信的重要测量手段。在数字宽带示波器中，加上少量 必要的硬件和通信信号分析软件，成为具有通信测量功能的数字宽带示波器一数字 通信分析仪。它广泛应用于数字传输测试和无线传输测试，能够完成s d h 和s o n e t 眼图、抖动、误码测试评价及平均功率、消光比的测量等，而这些测量是其它测量 仪器难于胜任的。 a g il e n td c a 8 6 1 0 0 就是如上所述仪器，是基于数字宽带示波器的数字通信分析 仪，具有足够的电接口和光接口带宽，可以对l o g b s 及以上数据速率的光信号或电 信号执行完整的眼图测量及模板测试，可以同时测试标准的符合性、信号的完整性、 定时余量和抖动及误码等关键的电路或光路参数。由于国内还不能对d c a 8 6 1 0 0 进行 较为规范的校准，量值溯源没有得到保证。因此，许多用户选择将这些测试仪器送 回原厂校准，这无疑增加了用户的成本，降低工作效率，阻碍了通信技术在国内应 用的进程。 4 第一章绪论 本文提出研究a g i l e n td c a 8 6 1 0 0 数字通信分析仪校准方法，并建立其校准系统， 保障数字通信分析仪的量值准确、统，发挥电子计量对通信科研、通信建设的保 障作用和技术基础的作用，同时为通信厂商提供技术支撑。 1 5 论文的主要内容与结构安排 如前所说，本文旨在研究a g i l e n td c a 8 6 1 0 0 主机和光电模块2 0 g h z 以下带宽 主要参数校准研究，其中包括自动校准系统的组建，校准数据的误差分析和校准不 确定度分析。下面是具体章节的主要内容。 第一章绪论主要阐述本文研究的目的、意义、背景，主要简述量值传递和量值 溯源在校准过程的重要性和必然性。 第二章主要介绍数字存储示波器原理和指标和安捷伦公司的新型数字宽带示波 器d c a 8 6 1 0 0 ，详细讲述其原理、主要技术指标特性和功能。 第三章主要讲校准和检定的概念、要求和常见校准系统结构，详细讲述a g il e n t d c a 8 6 1 0 0 校准系统和校准方法，实现了该仪器电通道2 0 g h z 内，光通道1 3 1 0 n m 、 1 5 5 0 n m 下的校准。 第四章、第五章是本文的核心部分，主要计算和论述校准数据的误差分析和测 量不确定度分析，极大限度保障本校准研究的可靠、稳定和完整。 广东工业大学硕士学位论文 第二章宽带示波器及d c a 8 6 1o o 型数字通信分析仪 在现代时域测量中，示波器是不可缺少的测量仪器。自从数字式示波器出现以 来，使示波器的功能有了快速的发展，在带宽，跳变时间，取样速率，存储长度等 方面有着飞速提高，极大地满足日益发展的数字通信测试的需求。 2 1 数字存储示波器 随着数字通信与信息技术的发展，有线电话、无线移动通信、卫星通信、网络 传输、数字电视、远程数据交换等各种业务都以复杂数据流传输为基础，为了测量 码间干扰、信号电平、抖动、误码、眼图分析等，传统的模拟示波器已经无能为力， 数字示波器能够快速、准确地分析和评价数据流波形。在通信技术研究，系统开发， 以及设备的生产、维护各个阶段发挥重要作用。 如今，数字示波器与计算机技术紧密结合，配置不通的专用软件或必要的少量 硬件，就成了具有专用测量功能的数字示波器。例如，有的数字示波器加上通信信 号分析软件成为通信分析仪；有的加上电流感应探头，成为在线电流测量工具；有 的加上市电信号分析软件，成为专用电工测量工具；有的加上微波或射频检波探头 和相应软件，成为峰值功率分析仪等。甚至有的数字示波器，仅仅是个数据采集卡 或一个模块，使用时，将数据采集卡或模块插在p c 机的卡槽里或通过u s b 接口连 接，其功能完全有所配置的软件来决定，也就是常说的虚拟仪器。 2 1 1 数字存储示波器主要技术指标 数字示波器的主要技术指标，如垂直灵敏度及垂直偏转因数误差、扫描时间因 数及水平扫速误差、触发灵敏度及触发方式等，与传统模拟示波器没有什么区别， 而数字示波器所特有的性能指标主要有取样速率( 等效取样速率) 、记录长度( 或称 存储深度) 、实时带宽、有效比特分辨力、平均显示、峰值检测、毛刺触发、预触发、 后触发等。有的数字示波器具有逻辑分析仪的功能，称为混合示波器，具有很强的 触发功能，如时间延时和事件延时触发、模式触发、上升或下降时间触发等，为数 字示波器在数字逻辑电路设计、调试和维修中的应用提供了极大方便。 ( 1 ) 最高取样速率和记录长度 通常，数字示波器厂家给出的取样速率指标是最高取样速率，由于采集存储器 6 第二章宽带示波器及d c a 8 6 1 0 0 型数字通信分析仪 深度的限制，取样时钟频率不可能总是等于a d c 的最高转换速率。也就是说，数字 示波器不可能总是以最高取样速率工作，而是与设置的扫描和纪律长度有关。要想 观察到又长又复杂波形的细节，不仅需要高取样速率，更需要有更长的记录长度。 ( 2 ) 重复带宽、单次带宽 数字示波器的重复带宽是指测量重复信号时所表现出来的示波器带宽，此时， 数字示波器一般都工作在等效取样方式。数字示波器要经过几个采集周期，对采集 到的样品进行重新组合，才能精确地显示被测波形。 数字示波器单次带宽又称实时带宽，是指不需要多个采集周期的样品积累，仅 仅一次采集，就能组合出精确的被测波形。为了准确地恢复波形，通常需要取样频 率是实时带宽的l o 倍。 ( 3 ) 有效比特分辨力 一般数字示波器的比特分辨力是指其a d 转换器的比特数，一般都是8 比特， 代表理想情况的满刻度信号的量化能力。实际上，a d 转换器的真正比特分辨力，应 该用有效比特分辨力( e b r ) 来衡量，并且与被转换的信号频率以及信号的信噪比有 关。 2 1 2 数字存储示波器的应用 数字示波器已经在数字通信、国防竣工以及各种信息技术领域仲得到极其广泛 的应用，成为各种电子设备余产品研发、生产、调试和故障维修中的重要测量工具。 2 2d c a 8 6 10 0 型数字宽带示波器 d c a 8 6 1 0 0 是由美国著名通信仪器制造商安捷伦公司开发的通信仪器，其系列主 机有d c a 8 6 1 0 0 a b c ，其区别主要是嵌入c p u 主频，硬盘大小不同，高版本主机向下 兼容，模块可选范围更广，全系列主机均可测试光信号和电接口信号，根据测试需 求选择适合的模块，获得所需的特定带宽、滤波功能和灵敏度。一般地，d c a 8 6 1 0 0 集四种功能于一身。 ( 1 ) 通用高带宽采样示波器：宽带宽增强型通用示波器 ( 2 ) 数字通信分析仪：进行眼图分析，增添了强大的工具 ( 3 ) 时域反射计 ( 4 ) 抖动分析仪 7 广东工业大学硕士学位论文 2 2 1 a g i e n td c a 8 6 1 0 0 主机原理 d c a 8 6 1 0 0 数字通信分析仪是一种模块式平台仪器，其原理结构见图2 1 ，能接 受光电两种插入模块，双电通道或双光通道插入模块。这些标准组件可以组合成适 合特殊要求的光或电的测量系统，如电信号时域测量系统、光信号测量系统、或光 电组合测量系统。【4 】 d c a 8 6 1 0 0 能同时测量显示通信信号中的四个光电眼图信号的性能特性，在普 通数字取样示波器方式时也可同时捕捉和测量四个时域脉冲信号，此外，还有 t d r ( t i m ed o m a i nr e f l e c t o m e t r y ) 时域反射测量的用途、t d t ( t i m ed o m a mt r a n s m i t t e r ) 时域信号的衰减和传播延迟测量的用途，为模拟和数字电路提供了必须的测试和测 量能力。 ： l 插入模块 ! 主机 模块接n b o s 了= 与，瞪，- l 转a 换d 器h 寄h 存f o 爨r 1 竺! 竺日 - r i 再砷羹；牡i l 寄存爨i l ：习 墓撕l 塑d a l 蕞i 一悭e n t i a 唰l 二一星 图2 - 1i ) c a 8 6 1 0 0 主机原理结构框图 f i g u r e 2 1s y s t e ms t r u c t u r eo f d c a 8 6 10 0 2 2 2 a g ie n t d c a 8 6 10 0 主机技术指标 见附录 2 2 3 光电模块 d c a 8 6 1 0 0 a b c 具有多个插入模块，了解这些模块可以组建合理的测量系统，他 们是以光波长和频带宽度及功能分类的，如表2 一l 所示2 1 司 8 表2 - i 可供d c a 8 6 1 0 0 a b c 主机选择的光电模块 f i g u r e 2 - 1o p t i c a la n de l e c t r i cm o d u l eo f d c a 8 6 i o o a b c 光通道电通道 模块型号 光带宽光波长电带宽 8 6 1 0 1 a3g h z8 5 0 衄2 0 g h z 8 6 1 0 2 a1 0g h z8 5 0n m2 0g h z 8 6 1 0 2 u1 5g h z8 5 0l l l l l2 0g h z 8 6 1 0 3 a3g h z1 3 1 0 h m 1 5 5 0 h m2 0 g h z 8 6 1 0 3 b1 0g h z 1 3 1 0 m a 1 5 5 0 h m2 0 g h z 8 6 1 0 5 a2 0g h z1 3 1 0 n m 1 5 5 0 h m2 0 g h z 8 6 1 0 5 b2 0g b z1 3 1 0 n m 1 5 5 0 h m2 0 g h z 8 6 1 0 6 a3 0g h z1 3 1 0 h m 1 5 5 0 n m4 06 h z 8 6 1 0 6 b2 8g h z1 31 0 h m 1 5 5 0 h m4 06 h z 8 6 1 0 9 a3 0g h z1 3l o n m 1 5 5 0 r u n4 0g h z 8 6 1 0 9 b4 0g h z1 3l o n m 1 5 5 0 r m5 0g h z 8 6 1 1 6 a5 3g h z1 3l o n m 1 5 5 0 h m6 3g h z 8 6 1 1 6 b 精密时基模块 8 6 1 0 7 a 2 0g h z 双通道 8 6 1 1 2 a 5 0g h z 双通道 8 6 1 1 7 a 6 5g h z 双通道 8 6 1 1 8 a 7 0g h z 双通道 8 3 4 8 4 a 5 0 g h 单通道输入 5 4 7 5 4 a2 0g h z 时域反射计模块 2 2 4 宽带示波器的特性和功能 d c a 8 6 1 0 0 配合一些最新开发的模块，能测量捕获1 0 p s 左右最快脉冲源，这个 速度远高于f l u k e 9 5 0 0 产生的2 5 p s 阶跃源，此外，其主机有两个插槽，可随时根据 测量要求而改变，同时可以测量电信号和光信号，保障通信、国防等高要求的实施。 9 广东工业大学硕士学位论文 2 3 本章小结 本章先讲述传统的数字存储示波器原理和指标，在此基础上，引入安捷伦公司 的新型数字宽带示波器d c a 8 6 1 0 0 ，介绍其主机原理、主要技术指标、配套的各种带 宽的模块，最后突出其特性和功能，是经典数字存储示波器难以实现的，最终奠定 其在现代通信测量领域高端的位置。 1 0 第三章d c a 8 6 1 0 0 校准方法和校准项目 第三章d c a 8 6 1o o 校准方法和校准项目 目前在计量领域，计量器具的检定、校准一般是依据国家或行业颁布的检定规 程或校准规范，对计量器具各参量的典型值进行测量，给出测量结果及测量不确定 度或误差。 3 1 校准 校准是指，在规定条件下，为确定测量仪器( 或测量系统) 所指示的量值，或实物 量具( 或参考物质) 所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操 作。校准是在规定条件下，给测量仪器的特性赋值并确定示值误差，将测量仪器所 指示或代表的量值，按照比较链或校准链，溯源到测量标准所复现的量值上。【6 】 3 1 1 校准与检定 校准和检定是测量系统或测量仪器的两种方法。校准是在规定的条件下，为确 定测量仪器或测量系统所指示的量值或实物或参考物质所代表的量值，与对应的由 标准物质所复现的量值之间关系的一组操作。校准结果既可以赋予被测量以示值， 也可以确定示值的修正值，校准还可以确定其它计量特性。通常校准结果记录于校 准证书或校准报告中。 检定是指查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序。它包括检查、加标记 和( 或) 出具检定证书。检定是由计量人员利用测量标准，按照法定的计量检定规程要 求，包括外观检查在内，对新制造的、使用中的和修理后的计量器具进行的一系列 的具体检验活动，以确定计量器具的精确度、稳定度、灵敏度等是否符合规定，是 否可以使用。计量检定还必须出具证书或加盖印记及封印等，以利于使用者判断其 是否合格。【3 】 3 1 2 校准与检定的异同 检定是指有法定计量技术机构确定并证实测量器具是否完全满足规定要求而做 的全部工作；校准是指在规定的条件下，为确定测量仪器所指示的量值或实物量具、 标准吾知所代表的量值与对应的测量标准所复现的量值之间关系的一组操作。从定 义上看，检定与校准的对象都是各种测量器具，她们所依据的方法都是计量检定规 广东工业大学硕士学位论文 程或校准规范，这是它们的相同点，但两者之间也有很明显的不同。检定的目的是 证明测量器具的计量特性是否满规定的要求，需要有是否合格的结论；而校准的目 的是确定被校对象的示值与计量标准所复现的量值之间的关系。通常校准不给出合 格与否的结论，但往往给出修政治或修正取现以及测量不确定度。 3 2 校准系统结构 数据是通过测量获得的，测量是给具体的仪器的指定特性赋值过程。这一赋值 过程也就是测量过程。从测量的定义和测量过程不难看出，除了具体仪器之外，参 与测量过程的还有用来获得仪器具体特性数值的量具、使用量具的合格操作人员、 规定的校准程序和测量方法、以及其它必要的设备和软件等。测量过程也可以被看 成是一个数据制造过程，这一制造过程的输出就是数据结果。从系统的角度出发， 用来获得测量结果的整个过程( 标准源、被校准仪器、校准规范和仪器说明书、量 具和设备、环境条件、操作人员以及修正和测量不确定度) 构成校准测量系统。校 准系统结构图见图3 1 。 图3 - 1 校准系统结构图 f i g u r e 3 1s t r u c t u r eo fc a li b r a t i o ns y s t e m 3 3a g ie n td c a 8 6 1o o 校准方法和校准项目 近年来，。国家发布了有关数字示波器和数字通信分析仪校准技术规范。这些规 范提供的校准方法是源表法，即用高准确度的矢量信号发生器校准数字分析仪。从 1 2 第三章d c a 8 6 1 0 0 校准方法和校准项目 全球著名通信测试仪器制造商a g i l e n t ( 安捷伦) 公司和t e k t r o n i x ( 泰克) 公司提供的 解决方案，采用的校准方法也是源表法。由此，在此基础上，本文结合d c a 8 6 1 0 0 说明书和用户指南，采用源表校准方法，选择能反映d c a 8 6 1 0 0 数字通信分析仪数 字宽带示波器性能的参数作为校准项目，搭建校准平台，进行项目校准。 3 3 1 主要校准指标 经过一系列调研和对d c a 8 6 1 0 0 的逐步熟悉，参照j j f l o o l - 1 9 9 8 通用计量术语和 定义、j j f1 0 2 7 1 9 9 1 测量误差及数据处理技术规范、j j f l 0 5 9 1 9 9 9 测量不确定度 评定与表示、数字存储示波器校准规范、数字通信分析仪校准技术规范、d c a 8 6 1 0 0 说明书各项指标，经五所赛宝计量中心研发组共同探讨，本文所研究校准系统的主 要参数及其技术指标如下。 1 主机 ( 1 ) 时间间隔测量( 时基) ： 5 0 p s - - - 1 0 0ps ，l 1 0 书 ( 2 ) 触发电平： ( 一1 + 1 ) v p p ，1 5 ( 3 ) 校准信号电平：( 一2 + 2 ) vd c ，0 0 1 2 电通道 ( 1 ) 带宽： 1 2 4 g h z ，2 0 g h z ( 2 ) 跳变时间( 1 0 - - - 9 0 ) ：2 8 2 p s ( 带宽1 2 4 g h z ) ( 3 ) r m s 噪声：0 5 m y ( 带宽1 2 4 g h z ) ，l m v ( 带宽2 0 g h z ) ( 4 ) d c 精度( 用单标记测量) ：3 m y i o v ，0 0 3 ( 5 ) d c 差分精度( 用双标记测量) ：3 m v 1 0 v ，0 1 3 光通道 ( 1 ) 带宽： 2 8 5 g h z ( 2 ) 跳变时间( 1 0 9 0 ) ：1 6 0 p s ( 3 ) r m s 噪声： ；32 5 7p 1 2 42 42 4252 52 , 4- 24 二324 3p 2 0 r 4 1 b2 5_ 2 5262 7 2 ，62b = 3 7 26 2 p 4 3 4d c 测量精度测量数据及处理 同样是选定电通道2 0 g 含时域反射计功能的5 4 7 5 4 a 模块来检定d c 测量精度。 我们于2 0 0 8 年8 月2 3 日进行了测量试验，重复测量次数为6 。测量环境条件： 温度为2 5o c ；相对湿度为5 8 ；电源电压为2 2 0 v 。测量数据如表4 - 4 。 广东工业大学硕士学位论文 根据式( 4 1 ) 对测量的数据求算术平均值，填写厂商要求出具仪器的校准证书 中，测量偏差见该项不确定度分析。 表4 - 4d c 测量精度的测量数据 t a b l e 4 - 4d i r e c tc u r r e n tp r e c is i o nm e a s u r e m e n td a t a 实湖f m f 腆时问h i n )通擅 凇每件( - 直)标准伍允许害限( _ ，)平均僵( 一) 123456 1 24 gb w o vo f f s e t000 5 加0 嘞00 5 7 0d 础 0 咖0 呲2 1 60 0 5 7 3 1 b gb w o v o 如e fo0 卿0 卯 0 0 7 0 卿0 0 7 5 0d0 8 9 02 ，50 0 7 6 7 + 0 仃se lq a i n蜘5 砌 5 0 0 0 d 5 0 00 0 4 9 99 咖5 舢 4 9 9 姗44 9 9 瞄7 o f f s e l 口a l n锄 4 9 9 印1 4 9 98 0 0 01 4 9 9 4 9 ( 39 0 0 01 4 9 9 锄 4 9 9 帅叩47 - 4 9 9 卿 1 24 g + s a m 0 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