一种提高信号源精度的校准方法及系统与流程

本发明涉及信号发生器校准，具体涉及一种提高信号源精度的校准方法及系统。

背景技术：

目前所使用的信号源设备，尤其高频时，随着频率增大，信号源输出功率出现单调变化，即输出幅度也出现单调变化，如图1所示，为未校准的高频信号源频率-功率图。但对于用户来说，输出幅值应该等于设置的幅值。因此均会通过校准对幅频响应引起的幅度增益(即平坦度)进行相关的补偿。平坦度是指信号源输入固定幅值时，输出信号的幅值随着频率的改变而变化的增益。

目前常用的校准原理：随着频率的增加，通过增大信号源内部输出幅值使得增加的幅值与衰减的幅值相等，用以实现输出幅度值为设置幅度值。目前通过的校准方法为将信号源内部输入幅值设为定值不变以获得各校准点的补偿参数，从而计算校准点的应输入幅值。

在实际运用过程中，发现现有技术存在如下技术问题：

由于模拟器件、滤波器的影响，幅频响应曲线会出现频率越高幅值下降越快的情况，所以幅频响应曲线函数并不是线性函数，因此通过上述方法得出补偿系数与实际的补偿系数存在的差值随着频率增大而增加，导致即使信号发生器已经校准过，在频率越高的条件下也会出现输出幅值与理想幅值相差很大的情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高信号源精度的校准方法及系统，以补偿幅频响应引起的增益，使信号源输出幅值更接近用户所需幅值。

为达到上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种提高信号源精度的校准方法，包括：

将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值；

获取当前频率校准点的输出幅值，并根据该当前频率校准点的输出幅值以及上一频率校准点的理想输出幅值计算当前频率校准点的增益调整系数以及当前频率校准点的理想输出幅值；

计算当前频率校准点的增益系数kn：

kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

另一方面，本发明实施例提供了一种提高信号源精度的校准系统，包括：

设置模块，用于将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值；

调整模块，用于获取当前频率校准点的输出幅值，并根据该当前频率校准点的输出幅值以及上一频率校准点的理想输出幅值计算当前频率校准点的增益调整系数以及当前频率校准点的理想输出幅值；

补偿模块，计算当前频率校准点的增益系数kn：

kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

上述技术方案具有如下技术效果：校准时，通过将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值，即调整当前校准点的信号输入幅值为上一校准点的输入幅值，从而引入增益调整系数以及上一个校准点的增益系数，使得当前校准点的增益系数更接近理想值，那么信号源经校准后输出度值越接近理想输出幅值，提高了信号源的输出精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是未校准的高频信号源频率-功率图；

图2是本发明一个实施例中提高信号源精度的校准方法流程图；

图3是本发明一个实施例中另一提高信号源精度的校准方法流程图；

图4是本发明一个实施例中提高信号源精度的校准系统；

图5是本发明一个实施例中另一提高信号源精度的校准系统；

图6是采用现有技术校准的高频信号源频率-幅值示意图；

图7是本发明校准高频信号源流程图；

图8是采用本发明方法校准的高频信号源频率-幅值示意图；

图9是采用本发明校准算法的高频信号源频率-功率示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，为本发明实施例中提高信号源精度的校准方法流程图，包括：

步骤101，将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值；

步骤102，获取当前频率校准点的输出幅值，并根据该当前频率校准点的输出幅值以及上一频率校准点的理想输出幅值计算当前频率校准点的增益调整系数以及当前频率校准点的理想输出幅值；

步骤103，计算当前频率校准点的增益系数kn：

kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

优选地，所述当前频率校准点的频率高于上一频率校准点的频率，且该两个校准点相邻。

如图3所示的提高信号源精度的校准方法流程图，优选地，与上述实施方式比，还包括步骤104，在校准之前的功率曲线上，所述当前频率校准点和所述上一频率校准点对应的点之间的曲线无限贴合经该两点的直线。

优选地，所述当前频率校准点的增益调整系数kn’通过下式计算：kn’＝vn_out/vn-1_out_standard；其中，vn_out为当前频率校准点的输出幅值；vn-1_out_standard为上一频率校准点的理想输出幅值。

优选地，所述第1频率校准点的增益系数k1通过下式计算：k1＝v1_out/v1_out_standard；其中，v1_out为第一频率校准点的输出幅值；v1_out_standard为第一频率校准点的理想输出幅值。

如图4所示，为本发明实施例中提高信号源精度的校准系统，包括：

设置模块201，用于将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值；

调整模块202，用于获取当前频率校准点的输出幅值，并根据该当前频率校准点的输出幅值以及上一频率校准点的理想输出幅值计算当前频率校准点的增益调整系数以及当前频率校准点的理想输出幅值；

补偿模块203，用于计算当前频率校准点的增益系数kn：kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

优选地，该系统具体包括：所述当前频率校准点的频率高于上一频率校准点的频率，且该两个校准点相邻。

优选地，如图5所示的提高信号源精度的校准系统，还包括校准点选取模块204，用于通过以下标准选取校准点：在校准之前的功率曲线上，任意两个相邻校准点之间的曲线无限贴合经该两点的直线。

优选地，该系统的所述补偿模块202还包括：第一增益系数计算子模块，用于通过下式计算所述当前频率校准点的增益调整系数kn’：kn’＝vn_out/vn-1_out_standard；其中，vn_out为当前频率校准点的输出幅值；vn-1_out_standard为上一频率校准点的理想输出幅值。

优选地，该系统的所述补偿模块202还包括：第二增益系数计算子模块，用于通过下式计算所述第1频率校准点的增益系数k1：k1＝v1_out/v1_out_standard；其中，v1_out为第一频率校准点的输出幅值；v1_out_standard为第一频率校准点的理想输出幅值。

本发明实施例上述技术方案具有如下技术效果：校准时，通过将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值，即调整当前校准点的信号输入幅值为上一校准点的输入幅值，从而引入增益调整系数以及上一个校准点的增益系数，使得当前校准点的增益系数更接近理想值，那么信号源经校准后输出度值越接近理想输出幅值，提高了信号源的输出精度。

以下结合应用实施对本发明实施例上述技术方案进行详细说明。

因信号源存在幅频响应，随着频率增高输出幅值越来越小，因此需对信号源进行校准，使得输出幅值为理想输出幅值。在本发明的校准方法中通过将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值，引入增益调整系数和上一频率校准点的增益系数，使得信号源的输出幅值更接近理想输出幅值。

一种提高信号源精度的校准方法，包括：将上一频率校准点的输出幅值调整为上一频率校准点的理想输出幅值；获取当前频率校准点的输出幅值，并根据该当前频率校准点的输出幅值以及上一频率校准点的理想输出幅值计算当前频率校准点的增益调整系数以及当前频率校准点的理想输出幅值；计算当前频率校准点的增益系数kn：kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

设频率100khz为信号源以高、中频分界点，当校准高频信号源时，首先确保100khz时输出幅值为理想输出幅值。

图6为采用现有技术校准的高频信号源频率-幅值示意图。如图示：

校准时选取频率为f1、f2的校准点以及位于f1、f2之间频率为fx的校准点。定义校准点增益系数为k：k＝vn/v100k，其中vn为校准点输出幅值，v100k为频率100khz时理想输出幅值。那么f1、fx、f2对应的增益系数分别为k1＝v1/v100k、kx＝vx/v100k、k2＝v2/v100k，通过增益系数计算三个校准点信号源应输入幅值，分别为v1_in＝v1/k1、vx_in_＝vx/kx、v2_in＝v2/k2；在功率-幅值曲线上直线连接频率f1、f2所在点，通过几何关系(kx–k1)/(k2–k1)＝(fx–f1)/(f2–f1)，以求得增益系数kx，最后通过增益系数kx计算得到校准后的频率fx时信号源输入幅值。

图7为本发明校准高频信号源流程图，校准过程如下：

步骤301、设置信号源频率为100khz输出幅值为理想幅值v100k；

步骤302、记录信号源在频率为100khz获得理想输出幅值时的输入幅值。

在本发明的校准方法中，按照频率由低到高选取信号源不同频率点。优选地，在校准之前的功率曲线上，所述当前频率校准点和所述上一频率校准点对应的点之间的曲线无限贴合经该两点的直线。

校准前使用功率计测得正弦波函数信号发生器不同频率对应的输出功率并记录，制作频率-功率曲线图。当选取校准点时，在前述频率-功率曲线上，使得当前校准点与上一校准点所在直线的中点处功率与实际功率差值小于或等于信号源输出功率所规定误差的1/3，其中规定误差为信号源实际输出功率与理想输出功率之间的差值。

首先校准第1校准点，所述第1频率校准点的增益系数k1通过下式计算：k1＝v1_out/v1_out_standard；其中，v1_out为第1频率校准点的输出幅值；v1_out_standard为第一频率校准点的理想输出幅值。校准第1校准点的过程如下：

步骤303、在前述频率-功率曲线上选取第1校准点；

步骤304、设置信号源为第1校准点所选频率；

步骤305、调整信号源输入幅值为100khz获得理想输出幅值时的输入幅值；

步骤306、记录信号源输出幅值v1_out，通过第1校准点输出幅值v1_out计算该校准点增益系数k1并保存：k1＝v1_out/v100k，

步骤307、通过增益系数计算该校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值v1_in：v1_in＝v100k/k1。

优选地，依照频率由低到高的顺序进行校准，使得所述当前频率校准点的频率高于上一频率校准点的频率，且该两个校准点相邻。

校准频率高于第1校准点的第2校准点，校准第2校准点的过程如下：

步骤303、在前述频率-功率曲线上选取第2校准点；

步骤304、设置信号源为第2校准点所选频率；

步骤305、调整信号源输入幅值为第1校准点获得理想输出幅值时的输入幅值v1_in＝v100k/k1，命名为v2_temp，即：

v2_temp＝v100k/k1(1)

步骤306、记录信号源输出幅值v2_out，计算增益系数k2并保存，计算过程如下：

通过信号源输出幅值v2_out计算第2校准点增益调整系数k2’：

k2’＝v2_out/v100k,(2)

设第2校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值为v2_in，公式如下：

v2_in＝v2_temp/k2’，(3)

另外：

v2_in＝v00k/k2(4)

通过公式(1)-(4)得出第2校准点增益系数k2：

k2＝k2’*k1(5)

步骤307、通过增益系数计算该点获得理想输出幅值时信号源输入幅值为v2_in：

v2_in＝v100k/k2。

校准频率高于第2校准点的第3校准点，校准第3校准点的过程如下：

步骤303、在前述频率-功率曲线上选取第3校准点，其频率高于第2校准点的频率；

步骤304、设置信号源为第3校准点所选频率；

步骤305、调整信号源输入幅值为所述第2校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值v2_in＝v100k/k2，命名为v3_temp，即：

v3_temp＝v100k/k2，(6)

步骤306、记录信号源输出幅值v3_out，计算增益系数k3并保存，计算过程如下：

通过信号源输出幅值v3_out计算第3校准点增益调整系数k3’：

k3’＝v3_out/v100k,(6)

设第3校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值为v3_in，公式如下：

v3_in＝v3_temp/k3’(7)

另外：

v3_in＝v100k/k3(8)

通过公式(5)-(8)得出第3校准点增益系数k3：

k3＝k3’*k2

步骤307、通过增益系数计算第3校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅度值为v3_in：

v3_in＝v100k/k3。

第3校准点校准完毕后，同样通过执行步骤303-307校准后续校准点直到结束。在功率曲线上依次选取频率高于上一频率校准点的当前频率校准点：第4校准点、第5校准点、……、第n校准点(其中n≥2)，并依照频率由低到高的顺序进行校准，通过调整信号源输入幅值为上一校准点获得理想输出幅值的输入幅值，记录此时输出幅值，计算当前校准点的增益系数及获得理想输出幅值时的输入幅值，直到校准点全部校准完成。

优选地，所述当前频率校准点的增益调整系数kn’通过下式计算：kn’＝vn_out/vn-1_out_standard；其中，vn_out为当前频率校准点的输出幅值；vn-1_out_standard为上一频率校准点的理想输出幅值。

通过增益调整系数计算得到当前频率校准点的增益系数kn：kn＝kn’*kn-1；n≥2；其中，kn’为当前频率校准点的增益调整系数；kn-1为上一个频率校准点的增益系数。

由校准第2校准点、第3校准点的过程，可类推校准第n校准点过程，其中n≥2，如下：

步骤303、在前述频率-功率曲线上选取第n校准点，其频率高于第n-1校准点的频率；

步骤304、设置信号源为第n校准点所选频率；

步骤305、调整信号源输入幅值为所述第n-1校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值vn-1_temp＝v100k/kn_1,命名为vn_temp，即：

vn_temp＝v100k/kn_1，(9)

步骤306、记录信号源输出幅度值vn_out，计算增益系数kn并保存，计算过程如下：

通过信号源输出幅值vn_out计算第n校准点增益调整系数kn’：

kn’＝vn_out/v100k；(10)

设第n校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值为vn_in，公式如下：

vn_in＝vn_temp/kn’(11)

另外：

vn_in＝v100k/k3(12)

通过公式(9)-(12)得出第n标准点增益系数kn：

kn＝kn’*kn-1

步骤307、通过增益系数计算第n校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅度值vn_in：vn_in＝v100k/kn。

通过本发明方法校准的高频信号源频率-幅值示意图如图8所示。

在本发明的校准方法中，通过调整当前校准点的信号源输入幅值为上一校准点获得理想输出幅值时信号源输入幅值，从而引入了增益调整系数以及上一个校准点增益系数，使得当前校准点的增益系数更接近理想值，提高了信号源的校准精度。随着频率增加，校准点的增益系数越来越小，所以当频率越高时，校准后的信号源实际输入幅值越大，实际输出幅值就越接近理想输出幅度值。图9为采用本发明校准算法的高频信号源频率-功率示意图，随着频率增大，信号源输入幅值增大，那么信号源功率输出也增大，使得输出幅值为理想输出幅值。

本发明实施例提供一种提高信号源精度的校准系统，可以实现上述提供的方法实施例，具体功能实现请参见方法实施例中的说明，在此不再赘述。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。