应用笔记丨利用数字化仪对高功率超宽带脉冲信号实现瞬态采集

引言

按照业内习惯，数字存储示波器（Digital oscilloscope，以下简称“数字示波器”）的定义是将被测信号进行模数转换、存储、处理后，再进行显示的一种存储示波器，它一般会包括输入通道、采集控制与数据存储、显示装置、输出接口、适配器等附件。

另一方面，从传统数据采集系统（DAQ）朝着高带宽、高采样率方向发展而来的高速数字化仪（Digitizer，以下简称“数字化仪”）已经在越来越多的测量仪器公司产品线中频繁亮相，其特点是同样基于ADC技术且专注于高速和高精度信号的采集与捕获，同时再配上专业的信号处理与高速数据传输能力，通过辅助软件可以在电脑屏幕上显示波形（如图1所示），从而可以实现一些灵活而专业的特殊功能。

图1. 坤驰科技针对示波器应用开发的软件界面

由此可见，数字化仪通过适当的软件可以实现与示波器相同的功能，即采集电信号波形并在屏幕上显示出来，并且将信号的数据保存下来。事实上，数字化仪已经在不少场合完全替代了示波器的使用，尤其是在需要高采样率、高分辨率和多通道的应用中，表1给出了二者的详细对比。

表1. 高端数字示波器与数字化仪的特点对比

高功率超宽带脉冲信号出现的场合或应用其实比较多见，包括军事与国防、航空航天、科研、医学设备、气象等，下面表2总结了该信号的典型特征。

表2. 高功率超宽带脉冲信号

由此可见，高功率超宽带脉冲信号作为一种并不“罕见”的信号，其特性却对采集设备或仪器设备提出了较为“苛刻”的要求。

某国内研究所为了实现对特定环境下高功率超宽带脉冲信号的测量，将测试环境设定在封闭的腔体空间内，这样对设备的要求就较为苛刻，再结合国产化的需求，对比了市面上常见的两套方案，对比如下（参考表3）：

表3. 基于国产数字示波器与国产数字化仪的方案对比

通过上述表格对比可知，在基于国产化设备的前提下，不论是常规台式还是无屏幕紧凑型的数字示波器方案都无法满足一些特定情况下的信号采集任务，而基于数字化仪的方案则完美符合各项指标和极具挑战性的特殊需求。

图2所示的数字化仪选用的坤驰科技推出的QT2125，它具有2通道、10GSPS采样率、2.5GHz模拟带宽的，既可以起到高带宽示波器的作用，同时也是一款超小型化、超高速、低功耗的数据采集存储设备，采用了依照IEC 60169-20标准的SSMC接口，可安装于待测设备的内部，能够通过USB/光纤/Wi-Fi连接计算机，如图3所示为产品的实物图。在严苛的环境现场，能够通过上位机控制，完成对真实强电磁脉冲信号的采集与存储，并能够将存储信息读取并分析。

图3. 坤驰科技QT2125数字化仪采用了微小型螺纹连接式的SSMC接口

然后将测试环境改为更为严苛的封闭腔体空间之后，改用基于QT2125数字化仪的方案进行相同信号产生条件下的信号采集，并将采集后的数据进行读取，可以看到时域下信号波形的恢复情况如图5所示。

图5. 采用基于QT2125数字化仪采集信号后的读取

为了进一步观察该脉冲信号频谱的带宽特性，可以通过FFT算法将原始的时域数据计算得出频域结果，如图6所示。

图6. 用FFT计算得到脉冲信号的频域波形

结论

现代数字化仪与数字示波器一样都基于高速ADC技术，可以在很多情况下，起到高带宽数字示波器的作用。坤驰科技的国产QT2125数字化仪具备以下特性，所以能成为高功率超宽带脉冲信号瞬态采集的理想选择。

1. 性能卓越：2通道/10GSPS采样率/2.5GHz带宽/12bit垂直分辨率，等同于一台高带宽高分辨率的数字示波器。

2. 灵活使用：既可通过软件编程突破示波器的某些功能限制，还可通过外接设备扩展功能。

3. 高效传输：USB3.0+光纤方案突破距离限制，还可避免电磁干扰，保障数据实时性。

4. 系统集成：支持多通道同步采集，也能够凭借其小巧、轻便、低功耗、大存储容量等特性，替代示波器成为复杂测试方案下系统集成的首选。

5. 成本优势：硬件采用模块化设计，单位通道成本显著低于传统数字示波器。