力科公司为了数字示波器带宽从10 GHz提高至20 GHz,开发出两路10 GHz通道频率叠加构成20 GHz带宽的专利电路,代替业界常用的两路20GS/s取样率叠加构成40GS/s取样率的电路。无论频率叠加或取样率叠加,都会遇到硬件在交叠过程中产生频率响应误差或取样时钟误差,需要包括滤波、多重累加等许多信号处理算法,以修正硬件导致的误差。力科公司能够巧用DSP波波器,推进数字示波器的DSP带宽达到20 GHz的经验,值得在开发数字测量系统时作为参考。
泰克公司长期领导数字示波器的发展,在运用DSP技术方面同样成绩突出,它的高档数字滤波器TDS6000系列采用任意FIR滤波器来补偿通常和禁带的频响特性。它的任意FIR滤波器的滤波系数是根据校准数据计算出来的,因而能够对每台示波器的各个通道的电压量程作准确补偿,保证某一型号的数字示波器具有规范化的频响特性。用户可使用不同型号的数字示波器获得同样的测量结果,保证测量重复性和一致性。另外,在扩展DSP带宽的同时,保持扩展带所带来的噪声在适度范围内,泰克公司认为它的模拟前端电路具有较低的背境噪声,能够比竞争对手的高档数字示波器提供更高的DSP带宽,例如TDS6154C的模拟带宽是12 GHz,DSP带宽扩展到15 GHz,相应上升时间从35ps提高到28ps。而且TDS6000系列都提供250MHz和20MHz 两种频率限制DSP的滤波器。
在波形重建和降低数字信号的瞬变失真方面,TDS6000系列的DSP滤波器应用亦有特点。TDS6124C和TDS6154C的最高实时取样率是40GS/s(25ps/点),借助sinx/x函数的内插滤波器使时间分辨率增加到2000GS/s(0.5ps/点),等效于取样率扩大250倍。还有,如果DSP滤波器在通带和禁带的滤波响应不准确,则在数字信号的瞬态过程出现预冲和过冲,并伴随有衰减振荡,这种现象称为吉布斯(Gibbs)效应。TDS6154C除了扩展DSP带宽至15 GHz,还要补偿相位的线性度,达到线性相移12.1度/ GHz,相当群延时33.5ps。此时,吉布斯效应减至最小,瞬态过程的波形失真被限制在5%以内。
众所周知,第一代数字信号处理器的贡献是促进有线电话系统数字化,开创宽带数字网络,以及催生移动电话。第二代数字信号处理器推动消费电子,诞生了数字电视,高清晰度电视,数码相机,以及串流多媒体。数字信号处理器在数字化测量仪器中的应用亦随着增加,DSP滤波器取得的成果令人注目,今后必将出现更多的DSP在测量仪器中的应用成果。
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