專利名稱：一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器涉及到了顯示波形的測(cè)量裝置領(lǐng) 域，特別是涉及到了示波器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字示波器是最為常見的通用測(cè)量設(shè)備，種類很多，劃分方法也很多，如從結(jié)構(gòu)上 劃分，最為常見的有臺(tái)式示波器、便攜式示波器和與計(jì)算機(jī)配接使用的虛擬示波器，從功能 上劃分，又可以分為通用示波器和專用示波器，從顯示能力上，有人也將示波器分為熒光顯 示示波器或存儲(chǔ)顯示示波器等。在現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)字示波器通常包括有輸入模擬前端電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和控制 電路，其中，由于模擬前端電路一般用于完成被測(cè)信號(hào)的接入工作，包括輸入阻抗匹配、信 號(hào)衰減、信號(hào)緩沖、信號(hào)放大、偏置調(diào)整、帶寬限制等功能，因此，所述的輸入模擬前端電路 的性能往往決定了該數(shù)字示波器的性能指標(biāo)。在模擬前端電路的設(shè)計(jì)中，用于匹配輸入阻抗的阻抗匹配電路是十分重要的電 路，因?yàn)椋坏┦静ㄆ鞯奶筋^連接上被測(cè)信號(hào)后，示波器就變成了被測(cè)電路的負(fù)載、成了被 測(cè)電路的一部分。一旦示波器對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生影響，就會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。為在測(cè)量時(shí)， 盡量的減小數(shù)字示波器對(duì)被測(cè)電路的影響，使示波器可以用于檢測(cè)不同的被測(cè)電路，用戶 往往期望數(shù)字示波器具有兩種輸入電阻(阻抗)模式，即一種高阻態(tài)模式(或稱IM Ω輸入 電阻模式、或稱1ΜΩ阻抗模式)和50 Ω輸入電阻模式(或稱50 Ω阻抗模式)。數(shù)字示波器的高阻態(tài)模式和50 Ω輸入電阻模式的設(shè)計(jì)要求是不一樣的，在高阻 (或稱IM Ω )輸入模式時(shí)，需要考慮一旦被測(cè)電路的輸出阻抗大于IM Ω時(shí)，會(huì)造成較大的電 流經(jīng)探頭進(jìn)入示波器，這一電流仍會(huì)對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生影響，不利于準(zhǔn)確的測(cè)量被測(cè)電路。而 在50Ω電阻輸入模式下，則需要建立一個(gè)50 Ω電阻電路，這一電路用來和輸出阻抗為50Ω 的被測(cè)電路進(jìn)行阻抗匹配。如果阻抗不匹配，可能導(dǎo)致信號(hào)反射，使被測(cè)信號(hào)失真。為了使數(shù)字示波器能夠提供兩種輸入阻抗模式，現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字示波器通常具 有，參見圖1 一個(gè)由BNC接口構(gòu)成的信號(hào)接入部件101，一個(gè)信號(hào)預(yù)處理部件102、一個(gè)測(cè) 量部件103和一個(gè)控制部件104。當(dāng)被測(cè)信號(hào)被示波器探頭引入數(shù)字示波器的信號(hào)接入部件101后，被測(cè)信號(hào)經(jīng)過 信號(hào)預(yù)處理部件102、測(cè)量部件103后被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到控制部件104，最后，由控制 部件104將被測(cè)信號(hào)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為波形數(shù)據(jù)，并用波形方式呈現(xiàn)給用戶。在預(yù)處理部件102中，信號(hào)接入部件101與測(cè)量部件103之間依次串聯(lián)有一個(gè)高 阻衰減網(wǎng)絡(luò)105和一個(gè)輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106，在高阻衰減網(wǎng)絡(luò)105和輸入信號(hào)補(bǔ)償電路 106之間連接一個(gè)1ΜΩ的電阻R102，該電阻R102的另一端連接公共端G，在高阻衰減網(wǎng)絡(luò) 105的輸入端和公共端之間還連接有串聯(lián)連接的一個(gè)繼電器SlOl和一個(gè)50 Ω電阻R101。在示波器選擇了 50Ω電阻工作模式時(shí)，控制部件4使繼電器SlOl導(dǎo)通，在示波器 選擇1ΜΩ電阻工作模式時(shí)，控制部件4使繼電器SlOl斷開。
當(dāng)選擇1ΜΩ電阻工作模式時(shí)，開關(guān)SlOl斷開，被測(cè)信號(hào)由信號(hào)接入部件101輸 入，經(jīng)過高阻衰減網(wǎng)絡(luò)105，輸出給輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106。在現(xiàn)有技術(shù)中，輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106主要用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的接入和輸出驅(qū) 動(dòng)，并用于響應(yīng)控制部件4的控制，在輸入的被測(cè)信號(hào)中疊加上偏置電壓，實(shí)現(xiàn)示波器的垂 直偏移調(diào)節(jié)功能。為了控制輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106實(shí)現(xiàn)垂直偏移調(diào)節(jié)功能，控制部件104 向輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106輸出的用于垂直偏移調(diào)節(jié)的控制信號(hào)為通過一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊輸 出的模擬電壓信號(hào)。在現(xiàn)有技術(shù)中，測(cè)量部件103通常包括依次串聯(lián)連接的一個(gè)增益控制放大器107、 一個(gè)帶寬限制模塊108和一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊109，輸入信號(hào)補(bǔ)償電路106輸出的信號(hào)連接到增益控制放大器107，在控制模塊104的 控制下，增益控制放大器107可以實(shí)現(xiàn)不同的放大倍數(shù)，增益控制放大器107的輸出連接到 帶寬限制模塊108，在控制模塊104的控制下，帶寬限制模塊108可以選擇帶寬，用于實(shí)現(xiàn)示 波器的帶寬限制的功能。帶寬限制模塊108的輸出連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊109，A/D轉(zhuǎn)換模塊 109對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將輸出的數(shù)字信號(hào)連接到控制模塊4，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和 波形顯示。現(xiàn)有技術(shù)中的示波器，雖然可以提供兩種不同的輸入模式，即高阻態(tài)輸入模式和 50 Ω輸入電阻模式，但，由于高阻衰減網(wǎng)絡(luò)105和1ΜΩ電阻R102的阻抗較大，對(duì)寄生參數(shù) (如寄生電容、電感)十分敏感，帶寬較小。因此，在高阻衰減網(wǎng)絡(luò)105和1ΜΩ電阻R102的 影響下，50 Ω電阻輸入模式時(shí)，示波器的噪聲較高、帶寬較低，且在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減時(shí)， 很難控制衰減前后產(chǎn)生的高頻串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)平坦的頻率響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字 示波器。本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，包括一個(gè)用于接收被測(cè)信號(hào)的輸 入部件、一個(gè)用于測(cè)量被測(cè)信號(hào)的測(cè)量部件和一個(gè)控制部件、及一個(gè)第一電路，用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第三控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所 述的測(cè)量部件；一個(gè)第二電路，用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第四控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所 述的測(cè)量部件；一個(gè)選擇器、用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第一控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入部 件串聯(lián)連接所述的第一電路，在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第二控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入 部件串聯(lián)連接所述的第二電路，在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的選擇器可以為一個(gè)繼 電器；在所述的控制部件發(fā)出所述的第一控制信號(hào)時(shí)，所述的繼電器使所述的輸入部件輸 出的信號(hào)通過一個(gè)第一阻抗衰減電路輸入所述的第一電路；在所述的控制部件發(fā)出所述的 第二控制信號(hào)時(shí)，所述的繼電器使所述的輸入部件輸出的信號(hào)通過一個(gè)第二阻抗衰減電路 輸入所述的第二電路。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的第一阻抗衰減電路和所述的第一電路之間還可以串聯(lián)連接一個(gè)第一濾波電路，所述的第二阻抗衰減電路和所述 的第二電路之間還可以串聯(lián)連接一個(gè)第二濾波電路；在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的第一電路可以包括一 個(gè)連接在其輸入端和輸出端之間的一個(gè)第一放大器，且所述的第一放大器具有一個(gè)使能 端，在所述的控制部件向所述的使能端發(fā)出第三控制信號(hào)時(shí)，所述的第一放大器向所述的 測(cè)量部件輸出信號(hào)；所述的第二電路可以包括一個(gè)連接在其輸入端和輸出端之間的一個(gè)第二放大器， 且所述的第二放大器具有一個(gè)使能端，在所述的控制部件向所述的使能端發(fā)出第四控制信 號(hào)時(shí)，所述的第二放大器向所述的測(cè)量部件輸出信號(hào)。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，還可以包括一個(gè)具有一個(gè)低 頻信號(hào)輸入端的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路，用于在所述的控制部件的控制下，選擇連接所述的第 一濾波電路的輸入端或所述的第二濾波電路的輸入端，并依據(jù)所述的輸入端的輸入信號(hào)對(duì) 所述的第一放大器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路還 可以具有一個(gè)用于接收所述的控制部件輸出的垂直偏置電壓信號(hào)的偏置電壓輸入端、一個(gè) 用于連接所述的測(cè)量部件的輸入端的反饋信號(hào)輸入端，所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路依據(jù)來自 所述的各個(gè)輸入端的輸入信號(hào)，對(duì)所述的第一放大器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行 補(bǔ)償。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的第一放大器和所述的 第二放大器可以均為差分輸出放大器，且所述的測(cè)量部件具有用于連接所述的第一放大器 和所述的第二放大器的差分輸出端的差分輸入端。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，當(dāng)所述的第一放大器和所述 的第二放大器均為差分輸出放大器時(shí)，所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路還具有輸入端用于連接所 述的測(cè)量部件的差分輸入端，所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路還依據(jù)來自所述的測(cè)量部件的差分 輸入端的差分信號(hào)對(duì)所述的第一放大器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的第一控制信號(hào)與第二 控制信號(hào)為互斥信號(hào)，所述的第三控制信號(hào)與第四控制信號(hào)為互斥信號(hào)，所述的第一控制 信號(hào)與第三控制信號(hào)為同步信號(hào)；與所述的第一控制信號(hào)同步，所述的控制部件使所述的 低頻信號(hào)輸入端連接所述的第一濾波電路的輸入端；與所述的第二控制信號(hào)同步，所述的 控制部件使所述的低頻信號(hào)輸入端連接所述的第二濾波電路的輸入端。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的繼電器可以為雙刀雙 置繼電器，所述的繼電器還同時(shí)用于控制所述的低頻信號(hào)輸入端連接所述的第一濾波電路 的輸入端或所述的第二濾波電路的輸入端。在本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器中，所述的第一阻抗衰減電路可 以為50歐衰減模塊，所述的第二阻抗衰減電路可以為IM歐衰減模塊，且所述的50歐衰減 電路和所述的第一濾波電路之間還可以具有一個(gè)50 Ω終端電阻。本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，采用多通道方式接收測(cè)量信號(hào)， 可以針對(duì)被測(cè)電路的阻抗，選擇不同的信號(hào)接入通道，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的50Ω匹配方式和1ΜΩ匹配方式相互干擾的問題，且提升了 50Ω模式下的輸入帶寬，減小了噪音， 使得電路設(shè)計(jì)更容易，更易使示波器具有平坦的頻率響應(yīng)特性。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字示波器的結(jié)構(gòu)說明2所示為本發(fā)明的第一實(shí)施例所例舉的示波器200的結(jié)構(gòu)說明3所示為本發(fā)明的第二實(shí)施例所例舉的示波器300的結(jié)構(gòu)說明圖
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，下面結(jié)合附圖2 說明本發(fā)明所選用的第一實(shí)施例。參見圖2，本發(fā)明所選用的第一實(shí)施例選用了示波器200，在示波器200中，BNC接 口 201用于通過探頭探測(cè)被測(cè)信號(hào)。由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)輸入到繼電器RL1，繼 電器RLl用于選擇被測(cè)信號(hào)輸入50 Ω路徑202還是IM Ω路徑203。如果選擇50 Ω路徑202，繼電器RLl選擇連接上觸點(diǎn)204，此時(shí)，由BNC接口 201 接入的被測(cè)信號(hào)輸入到繼電器RL2，繼電器RL2用于選擇是否對(duì)由BNC接口 201接入的被 測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減。當(dāng)繼電器RL2選擇上觸點(diǎn)205時(shí)，信號(hào)通過上面兩個(gè)相互連通的上觸點(diǎn) 205,206直通；當(dāng)選擇下觸點(diǎn)207時(shí)，信號(hào)經(jīng)過連接在下觸點(diǎn)207、208之間的50 Ω衰減模 塊218輸出。繼電器RL2的輸出端Kl連接一個(gè)50 Ω電阻R201，50Q電阻R201的另一端 接公共端G，繼電器RL2的輸出端Kl還同時(shí)連接到電阻R202的一端，繼電器RL2的輸出端 Kl還連接到電容C201的一端，電阻R202的另一端連接到繼電器RLl的另一個(gè)上觸點(diǎn)209， 電容C201的另一端連接到一個(gè)輸入放大器210的輸入端211。如果選擇IM Ω路徑203，繼電器RLl選擇連接下觸點(diǎn)212，由BNC接口 201接入的 被測(cè)信號(hào)輸入到繼電器RL3，繼電器RL3用于選擇是否對(duì)由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)進(jìn) 行衰減。當(dāng)繼電器RL3選擇上觸點(diǎn)213時(shí)，信號(hào)通過上面兩個(gè)互相聯(lián)通的上觸點(diǎn)213、214 直通；當(dāng)繼電器RL3選擇下觸點(diǎn)215時(shí)，信號(hào)經(jīng)過連接在下觸點(diǎn)215、216之間的1ΜΩ衰減 模塊217，由繼電器RL3的信號(hào)輸出端Κ2輸出。繼電器RL3的信號(hào)輸出端Κ2連接到電容 C202和電阻R203的一端，電容C2的另一端連接到輸入放大器219的輸入端220，電阻R203 的另一端連接到繼電器RLl的另一個(gè)下觸點(diǎn)221。繼電器RLl的信號(hào)輸出端Κ3連接到繼電器RL4、電阻R204、電容C203的一端，繼 電器RL4的另一端連接到電容C203的另一端，同時(shí)連接到電阻R205的一端和加法電路222 的正相輸入端223，電阻R204、R205的另一端連接到公共端G。加法電路222的輸出端2 通過電阻R206、R207連接輸入放大器210、219的輸入端211、220，兩個(gè)輸入放大器210、219 的輸出端225、2沈相互連接后連接到反饋電路227的輸入端228，反饋電路227的輸出端 229連接到加法電路222的反相輸入端230，同時(shí)，加法電路222的反相輸入端230還通過電 阻R208連接到D/A轉(zhuǎn)換模塊231的輸出端232。兩個(gè)輸入放大器210、219的輸出端225、 226相互連接后還連接到到可編程放大器233的輸入端234，可編程放大器233的輸出連接 到放大模塊235，放大模塊235的輸出連接到帶寬限制模塊236的輸入端，帶寬限制236的 輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊237，A/D轉(zhuǎn)換模塊237的輸出連接到控制處理模塊238。
控制處理模塊238還具有連接帶寬限制模塊236的控制端M0，用于控制示波器 200的帶寬。控制處理模塊238還具有連接可編程放大器233的控制端M1，用于控制可編 程放大器233的增益?？刂铺幚砟K238還具有一個(gè)與輸入放大器210的使能控制控制端 243相連接的控制端對(duì)2，用于使能輸入放大器210，即用于控制輸入放大器210，使其輸出 信號(hào)?？刂铺幚砟K238還具有一個(gè)與輸入放大器219的使能控制控制端245相連接的控 制端對(duì)4，用于使能輸入放大器219，即用于控制輸入放大器219，使其輸出信號(hào)。在本實(shí)施例中，輸入放大器210、219選用了具有使能端M3J45的運(yùn)算放大器 (在不同的應(yīng)用時(shí)，也可以選用具有輸出控制端PowerDown控制端的運(yùn)算放大器)?？刂铺?理模塊238可以采用邏輯電平對(duì)輸入放大器210、219進(jìn)行控制，如，控制處理模塊238的控 制端242輸出邏輯高電平，控制端244輸出邏輯低電平時(shí)，輸入放大器210的輸出端225進(jìn) 入高阻態(tài)，不輸出信號(hào)，輸入放大器219輸出電壓信號(hào)。又如，控制處理模塊238的控制端 242輸出邏輯低電平，控制端M4輸出邏輯高電平時(shí)，輸入放大器210輸出電壓信號(hào)，輸入放 大器219的輸出端2 進(jìn)入高阻態(tài)，不輸出信號(hào)。在本實(shí)施例中，當(dāng)選擇50 Ω阻抗輸入模式時(shí)，控制處理模塊238使繼電器RLl切 到上觸點(diǎn)204，同時(shí)，控制處理模塊238通過其控制端Μ2、50Ω使能控制端243使能輸入 放大器210，并，控制處理模塊238還通過其控制端對(duì)4、輸入放大器219的1ΜΩ使能控制 端245禁止IMΩ路徑203上的輸入放大器219，即使輸入放大器219的輸出端2 進(jìn)入高 阻態(tài)。這樣由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過繼電器RL1、RL2、由電容C201構(gòu)成的濾波 電路、輸入放大器210后，從輸入放大器210的輸出端225輸出到可編程放大器233。其中 繼電器RL2用于選擇是否對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，不需要衰減時(shí)，控制處理模塊238使繼電器 RL2連接上觸點(diǎn)205，當(dāng)需要衰減時(shí)，控制處理模塊238可以使繼電器RL2連接下觸點(diǎn)207， 使輸入信號(hào)經(jīng)過50Ω衰減模塊218后輸出，電阻R201為50 Ω終端電阻，其作用是用于和 被測(cè)電路的阻抗匹配。其中，電容C201用于濾波，僅將輸入信號(hào)中的高頻分量送到輸入放 大器210的輸入端211。由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過繼電器RLl、RL2后，還經(jīng)過繼電器RL2的輸 出端Κ1、電阻R202、繼電器RLl的上觸點(diǎn)209、繼電器RLl的輸出端Κ3、進(jìn)入由電阻R204、 R205、電容C203和繼電器RL4構(gòu)成的AC/DC耦合電路中，控制處理模塊238通過控制繼電器 RL4閉合時(shí)，可以使所述的AC/DC耦合電路選擇DC耦合方式，此時(shí)，電容C203被短路，電阻 R202、R204、R205構(gòu)成一個(gè)分壓電路，分壓后的信號(hào)被傳送到加法電路222的輸入端223 ；控 制處理模塊238控制繼電器RL4斷開時(shí)，可以使所述的AC/DC耦合電路選擇AC耦合方式， 此時(shí)電阻R202和電阻R204構(gòu)成分壓，分壓后的信號(hào)經(jīng)過電容C203的隔直后，將交流信號(hào) 送到加法電路222的輸入端223，AC耦合的截止頻率由電容C203和R205構(gòu)成的高通電路 決定。在本實(shí)施例中，這里被設(shè)計(jì)成許可通過較低頻率的交流信號(hào)，如幾赫茲的交流信號(hào)。在本實(shí)施例中，電阻R202、R204、R205的取值可以很大，比如為幾百Ι Ω，用于減小 其對(duì)50 Ω終端電阻R201的影響。在本實(shí)施例中，加法電路222由低帶寬高精度運(yùn)算放大器構(gòu)成，只用于通過輸入 信號(hào)中的低頻分量，由低帶寬高精度運(yùn)算放大器構(gòu)成的加法電路222的電路增益被設(shè)計(jì)為 R202/(R204 R205)，這樣，輸入信號(hào)的低頻分量經(jīng)過(R204 R205)/R202的衰減，再經(jīng)過 R202/(R204 R205)的增益放大，加法電路222輸出信號(hào)幅度和輸入一致。加法電路222的輸出端2 通過電阻R206連接到輸入放大器210的輸入端211，用于向輸入放大器210提 供輸入信號(hào)的低頻信號(hào)補(bǔ)償，或稱為提供低頻偏置信號(hào)。另一方面，輸入放大器210的輸出端225輸出的信號(hào)還經(jīng)過反饋電路227連接到 加法電路222的反相輸入端230，目的是由反饋電路227、加法電路222構(gòu)成輸入放大器210 的一個(gè)負(fù)反饋回路，以穩(wěn)定放大器210的輸出。加法電路222的反相輸入端230還通過電阻208連接D/A轉(zhuǎn)換模塊231的輸出端 232，控制處理模塊238通過D/A轉(zhuǎn)換模塊231輸出模擬電壓可以改變加法電路222的輸出 電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)放大器210的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)示波器200的垂直偏置的調(diào)節(jié)。對(duì)于本實(shí)施例，由于采用了專用于50Ω阻抗模式的50Ω路徑202、在終端電阻 R20U50Q衰減模塊，繼電器RL2的設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)時(shí)，可以不受1ΜΩ路徑203上的電路 性能及其輸入帶寬的限制，專門為50 Ω路徑202進(jìn)行設(shè)計(jì)、布局和布線，能夠?qū)崿F(xiàn)很高的帶 寬。在選擇50Ω阻抗模式，且不對(duì)輸入信號(hào)衰減時(shí)，可以通過PCB的布線，實(shí)現(xiàn)很好的50Ω 阻抗匹配，從而使頻率響應(yīng)特性很好。在選擇對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減時(shí)，通過改善50 Ω衰減 模塊218的性能或使用專門的50 Ω衰減器件，也可以實(shí)現(xiàn)很好的頻率響應(yīng)特性。另外，在 本實(shí)施例中，50 Ω路徑202的輸入的噪聲，由50 Ω路徑202中的電路決定，通過減小本電路 的干擾源等措施，就可以使噪聲很小。在本實(shí)施例中，當(dāng)選擇1ΜΩ輸入模式時(shí)，控制處理模塊238使繼電器RLl切到下 觸點(diǎn)212，同時(shí)，控制處理模塊238通過其控制端Μ4、1ΜΩ使能控制端245使能輸入放大 器219，并，控制處理模塊238還通過其控制端Μ2、輸入放大器210的50 Ω使能控制端243 禁止50 Ω路徑202上的輸入放大器210，即使輸入放大器210輸出端225進(jìn)入高阻態(tài)。這 樣由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過繼電器RL1、RL3、由電容C202構(gòu)成的濾波電路、輸 入放大器219后，從輸入放大器219的輸出端2 輸出到可編程放大器233。其中繼電器 RL3用于選擇是否對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，不需要衰減時(shí)，控制處理模塊238使繼電器RL3連 接上觸點(diǎn)213，當(dāng)需要衰減時(shí)，控制處理模塊238可以使繼電器RL3連接下觸點(diǎn)215，使輸入 信號(hào)經(jīng)過1ΜΩ衰減模塊217后輸出。其中，電容C202用于濾波，僅將輸入信號(hào)中的高頻分 量送到輸入放大器219的輸入端220。由BNC接口 201接入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過繼電器RL1、RL3后，還經(jīng)過繼電器RL3的輸 出端K2、電阻R203、繼電器RLl的下觸點(diǎn)221、繼電器RLl的輸出端K3、進(jìn)入由電阻R204、 R205、電容C203和繼電器RL4構(gòu)成的AC/DC耦合電路，最終，加法電路222的輸出信號(hào)連接 到輸入放大器219的輸入端220，此時(shí)，加法電路222用于向輸入放大器219提供其輸入信 號(hào)的低頻信號(hào)補(bǔ)償信號(hào)，或稱為提供低頻偏置信號(hào)。另一方面，輸入放大器219的輸出端2 輸出的信號(hào)也經(jīng)過反饋電路227連接到 加法電路222的反相輸入端230，目的是由反饋電路227、加法電路222構(gòu)成輸入放大器219 的一個(gè)負(fù)反饋回路，用于穩(wěn)定放大器219的輸出。同樣，加法電路222的反相輸入端230還通過電阻208連接D/A轉(zhuǎn)換模塊231的 輸出端232，控制處理模塊238通過D/A轉(zhuǎn)換模塊231輸出模擬電壓可以改變加法電路222 的輸出電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)放大器210的輸出電壓，在IM Ω輸入模式下，實(shí)現(xiàn)對(duì)示波器200的垂直偏置的調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，用于繼電器RLl的切換控制信號(hào)和輸入到兩個(gè)輸入放大器210、219的使能控制端M3、245的控制信號(hào)是同步信號(hào)，且輸入到兩個(gè)輸入放大器210、219的使 能控制端243、245的控制信號(hào)是互斥的控制信號(hào)。如控制處理模塊238控制繼電器RLl切 換到50 Ω路徑202時(shí)，同時(shí)使能50 Ω路徑202上的輸入放大器210，并控制IM Ω路徑203 上的輸入放大器219為高阻態(tài)，或稱為關(guān)斷輸入放大器219 ；當(dāng)控制處理模塊238控制繼電 器RLl切換到IM Ω路徑203上時(shí)，同時(shí)使能IM Ω路徑203上的輸入放大器219，并使50 Ω 路徑202上的輸入放大器210為高阻態(tài)，或稱為關(guān)斷輸入放大器210。在本實(shí)施例中，控制處理模塊238具有兩個(gè)用于連接兩個(gè)輸入放大器210、219的 使能控制端243、245的控制端M2J44，對(duì)于不同的應(yīng)用，控制處理模塊238也可以僅采用 一個(gè)控制端來控制兩個(gè)輸入放大器210、219，比如，使輸入放大器210的使能控制端243直 接連接控制處理模塊238的該控制端，而使另一個(gè)輸入放大器219的使能控制端245通過 一個(gè)非門連接所述的控制端，如何利用一個(gè)控制端實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入放大器210、219的使能控 制是本領(lǐng)域中的公知技術(shù)，此處不再贅述。在本實(shí)施例中，兩個(gè)輸入放大器210、219的輸出端225、2沈被連接到一起，在控制 處理模塊238的控制下，同一時(shí)刻，只有一個(gè)放大器210、219有輸出，而另一個(gè)放大器210、 219處于高阻態(tài)。兩個(gè)輸入放大器210、219的輸出端225、2沈連接到可編程放大器233的 輸入端234，可編程放大器233由控制處理模塊238控制，可以對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同放大倍 數(shù)的信號(hào)放大或稱為增益調(diào)整，用于實(shí)現(xiàn)示波器200的垂直檔位調(diào)整功能?？删幊谭糯笃?233的輸出連接到放大模塊235，放大模塊235的用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流，以驅(qū)動(dòng)下一級(jí)A/D轉(zhuǎn) 換模塊237，放大模塊235的增益可以根據(jù)具體需要的增益動(dòng)態(tài)范圍設(shè)定，可以為1或小于 1或大于1。放大模塊235的輸出連接帶寬限制模塊236，帶寬限制模塊236實(shí)現(xiàn)示波器200 的帶寬限制功能，如，帶寬限制模塊236可以為一個(gè)低通選擇電路，控制處理模塊238可以 通過控制選擇不同通道來控制示波器200的帶寬。帶寬限制模塊236的輸出連接A/D轉(zhuǎn)換 模塊237，A/D轉(zhuǎn)換模塊237用于對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給控制處理模 塊238進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如波形顯示處理、測(cè)量計(jì)算處理。作為舉例說明，為了不同的應(yīng)用或需求，輸入放大器210、219的輸出端225、2沈相 互連接后，其輸出信號(hào)也可以先經(jīng)過其他類型的信號(hào)處理后，再饋入可編程放大器233，可 編程放大器233和A/D轉(zhuǎn)換模塊237之間，也可以是除放大模塊235和帶寬限制模塊236 以外的其它電路或信號(hào)處理模塊，可編程放大器233和A/D轉(zhuǎn)換模塊237之間，也可以是除 串聯(lián)有放大模塊235和帶寬限制模塊236外，還串聯(lián)或并聯(lián)有其它的電路或信號(hào)處理模塊， 如觸發(fā)信號(hào)處理模塊、校準(zhǔn)、補(bǔ)償模塊、時(shí)鐘模塊等。作為舉例說明，為了不同的應(yīng)用，A/D轉(zhuǎn)換模塊237可以是單片A/D轉(zhuǎn)換器件組成， 也可以是由多片A/D轉(zhuǎn)換器件組成。作為舉例說明，控制處理模塊238可以是由DSP器件、FPGA、CPLD構(gòu)成，也可以是 由這些器件中的部分器件組合而成。在本實(shí)施例中，所述的加法電路222可以有多種電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同應(yīng)用，該加法 電路222可以由分立器件組成，也可以由集成電路構(gòu)成。在本實(shí)施例中，所述的反饋電路227也可以有多種電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同應(yīng)用，該反 饋電路227可以由分立器件組成，也可以由集成電路構(gòu)成。在本實(shí)施例中，所述的輸入放大器210、219可以有多種電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同應(yīng)用，該輸入放大器210、219可以由分立器件組成，也可以由集成電路構(gòu)成。輸入放大器210、219 可以采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，使兩個(gè)放大器210、219的電路結(jié)構(gòu)一致，也可以根據(jù)需要采用非對(duì)稱 設(shè)計(jì)，即使輸入放大器210、219兩者結(jié)構(gòu)不同。在本實(shí)施例中，所述的輸入放大器210、219具有使能控制端M3J45，控制處理模 塊238可以通過使能控制端243、245控制輸入放大器210、219的輸出狀態(tài)，作為舉例說明， 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)不同需要，也可以采用不具有使能控制端M3J45的輸入放大器210、 219，而通過在輸入放大器210、219的輸出端225、2沈上串聯(lián)繼電器開關(guān)、或其它類型的可 控開關(guān)的方式，控制處理模塊238也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入放大器210、219的輸出狀態(tài)的控制。在本實(shí)施例中，繼電器RLl、RL2、RL3、RL4、可以選用鎖存繼電器，也可以是非鎖存 繼電器。在本實(shí)施例中，繼電器RLl和50 Ω衰減模塊218、繼電器RL3及1ΜΩ衰減模塊217 可以選用普通的繼電器和衰減電路或?qū)Ｓ玫乃p片來實(shí)現(xiàn)，也可以選用具有直通、衰減切 換功能的專用繼電器來構(gòu)成。在本實(shí)施例中，根據(jù)不同的應(yīng)用或需要，所述的繼電器RL2的各個(gè)接點(diǎn)205、206、 207、208之間，所述的繼電器RL3的各個(gè)接點(diǎn)213、214、215、216之間也可以連接有其它元器 件，如用以消除靜電、干擾、噪音或用于其它目的元器件。在本實(shí)施例中，繼電器RLl的上觸點(diǎn)204與輸入放大器210的輸入端210之間，根 據(jù)不同的應(yīng)用，也可以串接、并接有其它元件或器件，比如用于消除寄生電容的元件、用于 阻抗匹配、用于防止信號(hào)干擾、用于信號(hào)校準(zhǔn)或補(bǔ)償?shù)脑?、器件。同樣，在繼電器RLl的下觸 點(diǎn)212與輸入放大器219的輸入端220之間，根據(jù)不同的應(yīng)用，也可以串接、并接有其它元 件或器件，比如用于消除寄生電容的元件、用于阻抗匹配、用于防止信號(hào)干擾、用于信號(hào)校 準(zhǔn)或補(bǔ)償?shù)脑?、器件。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，下面再結(jié)合附圖 3說明本發(fā)明所選用的第二實(shí)施例。結(jié)合參考圖2、圖3，本實(shí)施例所選用的示波器300不同于本發(fā)明第一實(shí)施例所選 用的示波器200，示波器300的輸入放大器210、219具有差分輸出端Ρ、Ν，可編程放大器233 也具有與輸入放大器210、219的差分輸出端P、N相連接的差分輸入端和一組差分輸出端， 放大模塊235也具有與可編程放大器233的差分輸出端相連接的差分輸入端和一組差分輸 出端，帶寬限制模塊236也具有與放大模塊235的差分輸出端相連接的差分輸入端和一組 差分輸出端，A/D轉(zhuǎn)換模塊237位具有與帶寬限制模塊236相連接的差分輸入端。參考圖3，在本實(shí)施例中，反饋電路227由運(yùn)算放大器301、電阻1 301、1 302、1 303、 R304、R305連接構(gòu)成。運(yùn)算放大器301為低帶寬高精度放大器，電阻R301、R302的一端分 別連接到輸入放大器301的反相輸入端和正相輸入端上，電阻R301、R302另一端構(gòu)成了反 饋電路227的輸入端，用于連接輸入放大器210、219的差分輸出端Ρ、Ν，電阻R304 —端連接 運(yùn)算放大器301的正相輸入端，另一端構(gòu)成了輸入端VC0M，電阻R305 —端連接運(yùn)算放大器 301的輸出端，另一端構(gòu)成的反饋電路227的輸出端。電阻R303跨接在運(yùn)算放大器301的 輸出端和反相輸入端之間，用以構(gòu)成運(yùn)算放大器301的負(fù)反饋。在本實(shí)施例中，輸入端VCOM 以用于調(diào)節(jié)示波器300的零點(diǎn)電壓(或稱為調(diào)零電壓)，用于使示波器300的屏幕基準(zhǔn)線與 輸入OV電壓相對(duì)應(yīng)。
在本實(shí)施例中，加法電路222由放大器302、電容C301、電阻R306、R307連接構(gòu)成， 放大器302的正相輸入端構(gòu)成加法電路222的輸入端223，反相輸入端構(gòu)成加法電路222的 輸入端230，放大器302的反相輸入端通過電阻R305連接反饋電路227的放大器301的輸 出端，放大器302的反相輸入端還通過電阻R208連接D/A轉(zhuǎn)換模塊231的輸出端232，電阻 R307、R306串聯(lián)在放大器302的輸出端與公共端G之間，電阻R307、R306的中間接點(diǎn)通過 電容C301連接到放大器302的反相輸入端。放大器302的輸出端構(gòu)成了加法電路222的輸出端224，通過電阻R206、207分別 連接放大器210、219的輸入端211、220。在本實(shí)施例中，兩個(gè)輸入放大器210、219的差分輸出端P、N連接到一起，在控制處 理模塊238控制下，同一時(shí)刻，只有一個(gè)輸入放大器210、219的差分輸出端P、N輸出信號(hào)、 以使其差分輸出端P、N上的信號(hào)輸出至可編程放大器233。在本實(shí)施例中，通過調(diào)整電阻R307、R306、R305、R308可以調(diào)整加法器222的信號(hào) 放大倍數(shù)，從而調(diào)整加法電路222對(duì)輸入放大器310、219的補(bǔ)償強(qiáng)度，使得真?zhèn)€電路的頻率 響應(yīng)在高低頻結(jié)合部分保持平坦。
權(quán)利要求
1.一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，包括一個(gè)用于接收被測(cè)信號(hào)的輸入部件、一 個(gè)用于測(cè)量被測(cè)信號(hào)的測(cè)量部件和一個(gè)控制部件，其特征在還具有于一個(gè)第一電路，用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第三控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所述的 測(cè)量部件；一個(gè)第二電路，用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第四控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所述的 測(cè)量部件；一個(gè)選擇器、用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第一控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入部件串 聯(lián)連接所述的第一電路，在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第二控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入部件 串聯(lián)連接所述的第二電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的示波器，其特征在于所述的選擇器為一個(gè)繼電器；在所述的控制部件發(fā)出所述的第一控制信號(hào)時(shí)，所述的繼電器使所述的輸入部件輸出 的信號(hào)通過一個(gè)第一阻抗衰減電路輸入所述的第一電路；在所述的控制部件發(fā)出所述的第二控制信號(hào)時(shí)，所述的繼電器使所述的輸入部件輸出 的信號(hào)通過一個(gè)第二阻抗衰減電路輸入所述的第二電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的示波器，其特征在于所述的第一阻抗衰減電路和所述的第 一電路之間還串聯(lián)連接一個(gè)第一濾波電路，所述的第二阻抗衰減電路和所述的第二電路之 間還串聯(lián)連接一個(gè)第二濾波電路；所述的第一電路包括一個(gè)連接在其輸入端和輸出端之間的一個(gè)第一放大器，所述的第 一放大器具有一個(gè)使能端，在所述的控制部件向所述的使能端發(fā)出第三控制信號(hào)時(shí)，所述 的第一放大器向所述的測(cè)量部件輸出信號(hào)；所述的第二電路包括一個(gè)連接在其輸入端和輸出端之間的一個(gè)第二放大器，所述的第 二放大器具有一個(gè)使能端，在所述的控制部件向所述的使能端發(fā)出第四控制信號(hào)時(shí)，所述 的第二放大器向所述的測(cè)量部件輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的示波器，其特征在于還包括一個(gè)具有一個(gè)低頻信號(hào)輸入端的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路，用于在所述的控制部件的 控制下，選擇連接所述的第一濾波電路的輸入端或所述的第二濾波電路的輸入端，并依據(jù) 所述的輸入端的輸入信號(hào)對(duì)所述的第一放大器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的示波器，其特征在于所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路還具有一個(gè)用于接收所述的控制部件輸出的垂直偏置電壓信號(hào)的偏置電壓輸入端、一個(gè)用于 連接所述的測(cè)量部件的輸入端的反饋信號(hào)輸入端，所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路依據(jù)來自所述的各個(gè)輸入端的輸入信號(hào)，對(duì)所述的第一放大 器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的示波器，其特征在于所述的第一放大器和所述的第二放大器均為差分輸出放大器，所述的測(cè)量部件具有用 于連接所述的第一放大器和所述的第二放大器的差分輸出端的差分輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的示波器，其特征在于所述的第一放大器和所述的第二放大器均為差分輸出放大器，所述的測(cè)量部件具有用于連接所述的第一放大器和所述的第二放大器的差分輸出端的差分輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的示波器，其特征在于所述的第一放大器和所述的第二放大器均為差分輸出放大器，所述的測(cè)量部件具有用 于連接所述的第一放大器和所述的第二放大器的差分輸出端的差分輸入端；所述的輸入信號(hào)補(bǔ)償電路具有輸入端用于連接所述的測(cè)量部件的差分輸入端，所述的 輸入信號(hào)補(bǔ)償電路還依據(jù)來自所述的測(cè)量部件的差分輸入端的差分信號(hào)對(duì)所述的第一放 大器或所述的第二放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5、7或8所述的示波器，其特征在于所述的第一控制信號(hào)與第二控制信號(hào)為互斥信號(hào)，所述的第三控制信號(hào)與第四控制信 號(hào)為互斥信號(hào)，所述的第一控制信號(hào)與第三控制信號(hào)為同步信號(hào)；與所述的第一控制信號(hào)同步，所述的控制部件使所述的低頻信號(hào)輸入端連接所述的第 一濾波電路的輸入端；與所述的第二控制信號(hào)同步，所述的控制部件使所述的低頻信號(hào)輸 入端連接所述的第二濾波電路的輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的示波器，其特征在于所述的繼電器為雙刀雙置繼電器，所述的繼電器還同時(shí)用于控制所述的低頻信號(hào)輸入 端連接所述的第一濾波電路的輸入端或所述的第二濾波電路的輸入端。
11.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、6、7、8、或10所述的示波器，其特征在于所述的第一阻抗衰減電路為50歐衰減模塊，所述的第二阻抗衰減電路為IM歐衰減模 塊，且所述的50歐衰減電路和所述的第一濾波電路之間還具有一個(gè)50Ω終端電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的示波器，其特征在于所述的第一阻抗衰減電路為50歐衰減模塊，所述的第二阻抗衰減電路為IM歐衰減模 塊，且所述的50歐衰減電路和所述的第一濾波電路之間還具有一個(gè)50 Ω終端電阻。
全文摘要
一種具有阻抗匹配功能的數(shù)字示波器，包括一個(gè)用于接收被測(cè)信號(hào)的輸入部件、一個(gè)用于測(cè)量被測(cè)信號(hào)的測(cè)量部件和一個(gè)控制部件，一個(gè)用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第三控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所述的測(cè)量部件的第一電路，一個(gè)用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第四控制信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至所述的測(cè)量部件的第二電路，一個(gè)用于在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第一控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入部件通過一個(gè)50Ω阻抗衰減模塊串聯(lián)連接所述的第一電路，在所述的控制部件發(fā)出一個(gè)第二控制信號(hào)時(shí)，使所述的輸入部件通過一個(gè)1M歐衰減模塊串聯(lián)連接所述的第二電路的選擇器。具有簡(jiǎn)化示波器前端電路設(shè)計(jì)難度、提高50Ω阻抗輸入模式的頻率限制、增加帶寬、改善品特性、減小噪音的特點(diǎn)，特別適用于高頻段數(shù)字示波器。
文檔編號(hào)G01R13/02GK102053183SQ20091023737
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者李維森, 王悅, 王鐵軍 申請(qǐng)人:北京普源精電科技有限公司