数字示波器在高频信号采集中的应用

数字小波器在高频信号聚集中的应用

1高频信号的采集

当要对一个高频信号仕匕如高达100MHz的宙达波形)进行采集和处理的时候。通

常会设计一个高速或者超高速硬件采集电路，包括放大部分、滤波部分；A/D

和D/A转换部分等，这种电路的要求非常高，要求边采集边存储，电路速度

高，而且要考虑各种辐射干扰等，同时，目前市场上成品价格很难承受。并且

根据采样定理，一个最高频率为/的连续信号，完全可以用时间上相隔了=1/

2f的一系列离散采样值来表示。所以采样频率F应等于或大于被采样信号的最

高频率f的2倍，即F22f。考虑到实际恢复波形的低通滤波器不可能具有完

全理想的特性，为了正确恢复信号，通常取9=(2.5-5)f或更高。当采样的信

号高达100MHz时，就应该达到500MHz的采样率。

2示波器与计算机的通信

Tektronix公司的TDS系列数字实时示波器早已经在各处得到广泛应用，并且

其配套的扩展模块TDS2cM和TDS2MM模块具有与外部设备双向通讯的功能，可

直接与打印机、微机连接，使波形的存储打印等工作变得十分方便。其中

TDS220数字示波器拥右.1Q0MHZ的带宽，以10倍的扫描方式，达到IGS/s的采

样率。当配套的TDS2cM模块采用RS232电缆用串口通信与计算机连接后，利用

相应软件(如Matlab等)可以对示波器的数据、波形直接进行读取、处理。

因此可以采用数字示波器与PC机间的通讯，在数字信号处理方面，此时数字示

波器相当于一个高速信号采集器，他把数据传输到计算机中，配合Matlab,能

实现对高频信号的采集与处理，而且与一般意义上的硬件处理器相比没有r

A/D和D/A转换过程，是处理的精度和速度都有了明显的提高，而且价格上示

波器配套模块TDSCM2模块也比相应功能的硬件处理器便宜不少。

3优缺点

数字示波器与PC机的通讯不仅具有一般台式数字存储示波器的功能，而且充分

发挥了计算机强大的功能和软件设计的灵活性，他具有4个显著特征：

(1)采用编程语言\latlab和面向对象编程技术，软件开发效率高，可操作性和

可维护性好；

(2)为数字存储示波器增加了频域分析功能；

(3)充分利用了计算机的存储与外设连接的能力，测量结果和波形可直接打印输

出或通过网络共享；

(4)在相同硬件条件下，可以通过修改或增加软件模块，形成新的仪器功能。

由于要用到小波器，计算机以及RS232的连接，没有单个帙件电路简单明了,

是其不足之处。

4应用情况

4.1通信原理

Matlab是美国MathWorks公司推出的一种以矩阵为基本编程单位的高效数值

计算语言，是一个集科学计算、图像处理、声音处理于一体的高度集成系统。

他具有强大的数值计算功能，其中的InstrumentControlToolbox提供对

GPTB,RS-232,VXT,Centronics等端口进行控制的功能。当用Matlab软件通

过RS232与TDS2CM模块串口连接可以实现示波器与计算机之间的数据通讯，同

时利用Matlab数值处理、矩阵运算功能对示波器记录的波形数据进行各种分析

和处理。

Matlab通过调用M文件函数来创建设备对象，得到设备的文件句柄，这样可以

像操作文件一样操作设备，对外设进行相关的读写。原理图如图1所示。

当直接通过RS232进行硬件通信控制时，示波器通过DCD（载波检测），CTS（清

除发送），RI（振铃提示）3个控制信号表示当前状态，用RTS（请求发送）发送数

据。

4.2数据传榆

当Matlab以二进制格式对示波器的波形进行数据读写时，读写数据与示波器实

际数据换算由式⑴给出：

Xn=Xzero+Xiner,n

Yn=yzero+Ymult（Yn—Yoff）（1）

其中：Yn为输入、输出缓冲区中的数据，

n为数据个数：

Xn,Yn为示波器中实际采样时间与信号幅值，

Xzero是所采集波形第一个点的时间，

Xiner是水平轴上跳采样率，

yzcro是OdB时的幅值，

Ymul是垂直轴上的比例因子；

Yoff是垂直偏移量。

由式（1）可见，所传输的数据完全按照示波器的采样率，波形真实可靠。程序流

程图如图2所示。

释放对及与端口

图2程序流盘呼叫F

对示波器的命令由fprintf函数以字符串的形式输出。

设置和询问命令由具体的示波器厂商定义。

从示波器读取数据的部分程序如下:

g二serial('coml')；

g.TnputBuffcrSize=10000；

g.timeout=10：

g.BaudRale=9600：

g.Parity=，none,；

g.StopBits=l；

g.Terminator=*LF>

g.FlowControl=，hardware,；

fopen(g)；

fprintf(g,*select：chion')；

fprintf(g,*data：sourcechi')；

fprintf(g,fdata：encdgsrib')；

fprintf(g,,data：start1')；

fprintf(g,,data：stop2500')；

fprintf(g,Jdata：width2')；

fprintf(g,,wfmpre：xzero?')；

xzero=fscanf(g,*%fr)；

fprintf(g,*curve?')；

out=fread(g,2500,*intl6")；

fclose(g)；

delete(g)；

freeserial(,comlf)；

用上述程序对100MHz雷达波形的读取如图3所示。