100MHz带宽数字存储示波器的模拟通道设计-投稿

100MHz带宽数字存储示波器的模拟通道设计

100MHz带宽数字存储示波器的模拟通道设计

辽宁工业大学 电子与信息工程学院 王浩 孟丽囡 孙福明

摘 要：本文采用分立元件设计了一种应用于100MHz带宽的数字存储示波器的模拟通道。为克服传统模拟通道中存在的固有缺点，使用了VGA与固定增益级联的方法。所设计的模拟通道主要由信号垂直调理电路、触发电路、通道控制与校正电路组成。方波增益测试和频率响应测试验证了本文设计的有效性。

关键词：模拟通道;信号垂直调理;VGA;触发

Design of analog channel with bandwidth of 100MHz for Digital

Storage Oscilloscope

WANG Hao MENG Li-nan SUN Fu-ming

( School of Electronic and Information Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou, Liaoning 121001, China) Abstract：In this paper, a kind of analog channel with bandwidth of 100MHz for digital storage oscilloscope by using discrete components is designed, in which VGA and fixed-plus amplifier are adopted with cascading ways in order to overcome the shortage in traditional analog channel. The designed analog channel consists of the vertical signal conditioning circuit, the trigger circuit, the channel control and the correction circuit. Experimental results of square wave gain test and frequency response test verified the effectiveness of this designed analog channel.

Keywords : Analog channel; Vertical signal conditioning; VGA; Trigger

1引言

示波器可将人眼看不见的电信号转化为图像信息，方便人们对电信号的测试和研究。为

[1]了更加直观和深入理解被测对象，所以常需要借助示波器进行。数字存储示波器也简称为

数字示波器，采样率和模拟带宽是评价数字示波器的两个重要指标。模拟带宽容易受外界环境干扰，特别是高带宽示波器更易受系统中的地弹、串扰以及其他多种影响。本文采用分立元件设计一种100MHz带宽的数字示波器的模拟通道，使数字示波器在高频段能够保持良好的幅频特性和相频特性，主要的技术指标要求包括：（1）模拟带宽：100MHz；（2）垂直通道档位：5mV/div－5V/div (1-2-5步进)；（3）输入阻抗：1MΩ/150Ω可选；（4）触发类型：边沿触发；（5）触发源：外部触发、通道1信号、通道2信号、交流信号(50Hz)。 2系统设计方案

2.1总体方案

图1 数字存储示波器总体方案 本文受辽宁省高等学校优秀人才支持计划资助（LR2015030）.王浩，男，1990年生，硕士生，E-mail: 76176235@http://www.77cn.com.cn.

100MHz带宽数字存储示波器的模拟通道设计

模拟通道包含信号垂直调理通道和触发通道。前者是限制数字示波器带宽的关键。通常，ADC的输入范围比较窄（一般少于1Vpp），所以采用信号调理电路对输入信号进行调整。为保证波形信号稳定地显示，每次的开始扫描的位置都必须是周期信号的同一点。

2.2信号垂直调理通道方案

信号通道由CH1、CH2通道组成，两路通道完全相同，其具体如图2所示。由于外接信号幅度不定，所以首先对其进行衰减。带宽限制是为减少高频噪声。阻抗变换可减小后级直流偏移量。增益控制是对信号幅度进行增益和衰减，这可使ADC逼近满量程。输出驱动

设计要求外部输入电压范围是±5mV~±50V[2]，具体设置如表1所示。

2.3触发信号通道方案 触发信号通道主要通过多路选择器对输入信号进行选择，如果是50Hz交流或外部信号，需进行信号调理；如果是经信号调理的CH1和CH2信号，则可直接输入高速比较器。高速比较器把输入信号和触发基准信号进行比较，输出不同占空比的脉冲信号给FPGA处理。

2.4通道控制电路方案

通道控制电路是对触发通道和信号调理通道的各个继电器和调节电平进行控制，比如交直流耦和、衰减网络以及输入通道的选择。调节电平控制主要调节调偏电压和VCA压控端。 3信号垂直调理通道电路

3.1无源衰减网络

无源衰减网络在信号垂直调理通道中起着重要作用[3]，因VCA824衰减范围有限，所以有必要设计衰减网络与之配合，具体如图3所示。

图3 阻抗变换网络原理图

实际线路中分布电容和引线电容对网络有影响，当电路工作在高频段时，为抵消电阻的寄生电感和寄生电容，加入高频补偿电容C1、C2。调节C2使网络达到最佳补偿时，无源

100MHz带宽数字存储示波器的模拟通道设计

衰减网络的衰减倍数K为：R2 R1 R2 。

R2 24k ，为达到1M 输入阻抗的需求，即R1 R2 1 。本文设计40倍衰减，则R1 1 ，

为达到最佳补偿状态需借助PSpice软件进行仿真来设定相关电阻、电容参数。

3.2阻抗变换电路

信号经过无源衰减网络后，在VCA824的输入端会有直流偏移电流，这个电流为微安级。如果其作用在较高的对地电阻上将导致较高的直流偏移量。加入阻抗变换电路来减小输

[4]出端对地阻抗，并提高带载能力和隔离前后级影响，整体电路模型如图4。

图4 阻抗变换电路

由于高速宽带运放的低频特性不理想，所以直流与交流分开进行阻抗变换。直流分量会影响射随器的Q点，所以通过C1隔直。直流分量通过处于深度负反馈的AD8512的输入端

耦合到输出端，与交流分量合二为一，通过阻抗反映法可把信号从输入端传输到输出端。

3.2.1输入阻抗

无源衰减网络与阻抗变换网络之间没有 …… 此处隐藏：4726字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……