CN101706519A - 一种数字存储示波器增益校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字存储示波器增益校正装置，采用被校正的数字存储示波器的USB接口供电，电源模块将其转换成稳定的输出电压，供给处理器单元、校正信号产生单元，这样不需要额外电源。此外，处理器单元通过通讯接口单元与被校正的数字存储示波器进行通讯，获得校正命令，并产生相应档位的控制字，输出给校正信号产生单元，产生被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号，并输出给被校正的数字存储示波器正在校正通道的输入端，被校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益。由于不需要额外电源，加之只校正示波器各档位增益，具有功耗低、体积小、携带方便，硬件实现代价低，性价比高等特点。

Description

一种数字存储示波器增益校正装置

技术领域

本发明涉及数字存储示波器技术领域，具体来讲，涉及一种用于数字存储示波器增益校正的装置。

背景技术

数字存储示波器通过高速模数转换器，即ADC把连续变化的被测模拟信号转换为离散的波形数据，并对该波形数据进行存储、处理，然后重现波形，使得用户能够在时域上直观地观察被测信号。

ADC是一种将模拟信号转换成相应数字信号的器件。ADC的输入信号是在时间上和幅度上都连续变化的模拟信号，输出信号则是在时间上和幅度上都是离散的数字信号。由于ADC的输入范围都比较小，通常在1Vpp左右，不可能满足示波器小到几毫伏、大到几十上百伏的输入范围，所以必须设计信号调理通道对信号进行不失真的处理，如对小信号进行放大、对大信号进行衰减。信号调理通道主要包括交直流耦合、阻抗变换网络、增益调节电路等。

增益调节电路，主要用到增益可调放大器。随着使用环境，如温度的变化，增益可调放大器以及其他元器件老化，可能使示波器出现零点漂移、增益偏差，导致测量误差较大，这就需要对示波器增益进行校正。

通常数字存储示波器需要校正以下两种情况：基线偏移，即开路时基线不在中心与幅度增益误差较大。校正数字示波器增益的基本思想就是给示波器输入校正信号，对每个垂直档位进行校正。信号调理通道中会设计相应的调节电路，在输入校正信号后，调节各档位的实际增益，确保校正信号在该档位能够测量准确。校正完成后，保存各档位相应的增益控制数值，以供下次开机初始化时读取。通常，对数字存储示波器的增益校正有两种方式，一种是通过手动方式进行，即由人为参与，依靠专用的校正设备进行校正；另一种是自动校正方式，即不需人为参与，通过相应的校正电路及编制相应的自动控制软件，实现数字示波器的自动校正。在自动校正方式中，数字存储示波器内部有相应的自校正程序，其处理器需要判断ADC采集校正信号输出的数据是否为量化后的校正信号，再调节该档位的实际增益，使ADC采集数据稳定于量化后的校正信号，最后保存该档位的实际增益值，供下次开机初始化时读取。

目前使用的示波器校正仪，设计目标是面向绝大多数的数字式和模拟式示波器，提供完全校准示波器性能所需要的各种功能，包括检验幅度、时间、带宽，通道瞬态响应、标准视频信号等。此类仪器虽然功能全面，精度高，但其不足之处是价格非常昂贵，且结构复杂、系统庞大、占用的台面面积较大、功耗大，不方便携带以及现场使用。对于在数字存储示波器生产线上进行校正，投入较大，需要专业的技术人员操作，不利于数字存储器的大规模生产。

数字存储示波器产品现在都具有自动校正功能，用来校正因为器件长期漂移、环境变化等原因带来的误差.这种办法是将校正装置设计在示波器内部，由软件控制内部相应电路产生校正信号，并先后送到相应通道进行校正.此方法非常方便用户的使用，但缺点是生产过程较复杂，可靠性不高.首先是出厂前需要对每台示波器自校正硬件电路进行检测和标定，对小信号进行标定难度较大，过程较为复杂；其次随着使用时间的不断增加，示波器内部校正电路自身也会不断老化，此时内部校正电路校正信号已经不准确，执行相应的自校正过程已经失去意义，用户要实现对数字示波器的校正只能送到厂家维修或者专门的校准单位，给用户带来不便.

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中数字存储示波器增益校正装置的不足，提供一种体积小、重量轻、易于携带、使用方便的数字存储示波器增益校正装置。

为实现上述目的，本发明的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，包括：

一通讯接口单元，用于连接被校正的数字存储示波器的USB接口，获取被校正的数字存储示波器发送的各垂直档位的校正命令，并转换输出；

一处理器单元，连接到通讯接口单元，用于接收通讯接口单元转换输出的校正命令，产生相应档位的控制字；

一校正信号产生单元，连接到处理器单元，用于接收处理器单元产生的控制字，产生被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号，并输出给被校正的数字存储示波器正在校正通道的输入端，被校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益；

一电源模块，用于连接被校正的数字存储示波器的USB接口，获取5V电源并转换成稳定的输出电压，供给处理器单元、校正信号产生单元。

本发明的发明目的是这样实现的。

目前主流的数字存储示波器已经具备USB(通用串行总线)接口，能够实现波形存储与回放，波形数据导出，系统在线更新等，这方便了用户使用。基于这种特点，从实际需求出发，总结了专用示波器校准仪和示波器内部自校正的不足，发明了一种USB接口的数字存储示波器增益校正装置。

本发明的数字存储示波器增益校正装置采用被校正的数字存储示波器的USB接口供电，电源模块将其转换成稳定的输出电压，供给处理器单元、校正信号产生单元，这样不需要额外电源.此外，处理器单元通过通讯接口单元与被校正的数字存储示波器进行通讯，获得校正命令，并产生相应档位的控制字，输出给校正信号产生单元，产生被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号，并输出给被校正的数字存储示波器正在校正通道的输入端，被校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益.由于不需要额外电源，加之只校正示波器各档位增益，本发明的数字存储示波器增益校正装置只设计了一个产生直流电压校正信号的校正信号产生单元，因此，功耗低、体积小、携带方便，硬件实现代价低，性价比高，不再需要专业技术人员使用复杂、昂贵的示波器校正仪对DSO进行增益校正，有利于应用到DSO生产线上对出厂产品进行增益校正，也便于现场对DSO各档位进行及时增益检查和校正，减少了因维护示波器所附加的搬移和操作，实用价值较高.另外，本发明的数字存储示波器增益校正装置只需要与具有USB接口和相应校正软件的被校正的数字存储示波器相连接，即可自动完成各个垂直档位的校正，因此，使用非常方便.

附图说明

图1是本发明数字存储示波器增益校正装置的一种具体实施方式原理框图；

图2是图1所示数字存储示波器增益校正装置的人机交互接口框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这儿将被忽略。

实施例

图1是本发明数字存储示波器增益校正装置的一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图1所示，本发明数字存储示波器增益校正装置包括通讯接口单元1、处理器单元2、校正信号产生单元3以及电源模块4。

通讯接口单元1连接被校正的数字存储示波器的USB接口，获取被校正的数字存储示波器发送的各垂直档位的校正命令，并转换输出到处理器单元2；处理器单元2产生相应的控制字给校正信号产生单元3，校正信号产生单元3产生被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号，并输出给被校正的数字存储示波器正在校正通道的输入端，校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益。

电源模块4连接到被校正的数字存储示波器的USB接口，获取5V电源并转换成稳定的输出电压，供给处理器单元2、校正信号产生单元3、校正信号输出单元5、人机交互接口6。

在本实施例中，校正信号产生单元3由高精度数模转换器，低噪声、高精度运算放大器以及外围阻容网络构成。校正信号产生单元3中的高精度数模转换器根据处理器单元2产生的控制字，产生直流电压信号。该直流电压信号经低噪声高精度运算放大器调理，达到直流电压校正信号所需的精度要求，输出的直流电压校正信号送到校正信号输出单元5中。

在本实施例中，被校正的数字存储示波器有两个需要校正的通道CH1、CH2，本发明数字存储示波器增益校正装置还包括有两个输出端的校正信号输出单元5，校正信号产生单元3产生的、被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号输出到校正信号输出单元5中，被校正的数字存储示波器通过接口单元1发出通道选择命令到处理器单元2，处理器单元2根据通道选择命令控制校正信号输出单元5切换输出端，将直流电压校正信号切换到需要校正通道的输入端。

在本实施例中，校正信号输出单元5包括信号继电器及两只同轴电缆接插件，即BNC(未画出)，其中信号继电器根据校正过程状态，来确定向那只BNC接口，即输出端输出直流电压校正信号，再由连接线缆将直流电压校正信号加到被校正的数字存储示波器的需要校正通道的输入端。

图2是图1所示数字存储示波器增益校正装置的人机交互接口框图。

在本实施例中，本发明的数字存储示波器增益校正装置还包括人机交互接口6.如图2所示，人机交互接口6与处理器单元2连接，包括LCD显示屏601和键盘602，用于实现两个功能：一是定标增益校正装置时进行调节和设置.只需使用更高精度的检测设备测量增益校正装置的输出直流电压，通过键盘602调节处理器单元2中存储的相应档位的控制字，使增益校正装置的输出直流电压达到直流电压校正信号所需的精度；二是人为的控制增益校正装置，发出需要校正档位的校正信号.通过键盘602设置所需的直流电压校正信号，产生校正档位所需的直流电压校正信号，进而实现手动校正数字存储示波器增益.

在本实施例中，本发明的数字存储示波器增益校正装置有三种工作模式：自动校正模式、手动校正模式、定标模式。在相应的工作模式下，LCD显示屏601显示当前增益校正装置工作的状态。可通过键盘602选择工作模式，键盘602包括功能键“F”，确认键“S”以及选择键“向左、向右”。通常，数字存储示波器幅度档位按1-2-5步进设置，如按数字存储示波器液晶屏偏3div(格)设定校正信号，具体的垂直档位对应的直流电压校正信号可见下表：

垂直档位	直流电压校正信号
		2mV/div	6mV
5mV/div	15mV
		10mV/div	30mV
20mV/div	60mV
		50mV/div	150mV
100mV/div	300mV
		200mV/div	600mV
500mV/div	1.5V
		1V/div	3V
2V/div	6V
		5V/div	15V
10V/div	30V

表1

1、自动校正模式

按下键盘602的功能键“F”，进入模式选择状态，通过选择键“向左、向右”选择自动校正模式，选择完毕后，按下确认键“S”进入自动校正模式.在自动校正模式下，增益校正装置通过USB接口单元1接收被校正的数字存储示波器发送的各垂直档位的校正命令，处理器单元2按照表1产生相应垂直档位对应直流电压校准信号的控制字到校正信号产生单元3，并向被校正的数字存储示波器发送确认标志位.输出的直流电压校正信号加到被校正的数字存储示波器的校正通道输入端，被校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益.被校正的数字存储示波器执行自校正程序，完成当前幅度档位校正后自动跳转到下一档位，在自动校正模式下，键盘602中无需其他操作.

2、手动校正模式

按下键盘602的功能键“F”，进入模式选择状态，通过选择键“向左、向右”选择手动校正模式，选择完毕后，按下确认键“S”进入手动校正模式。在手动校正模式下，通过选择键“向左”或“向右”选择需要校正的垂直档位，按确认键“S”确定，处理器单元2响应键盘602设置，按照表1产生对应直流电压校正信号的控制字，发送控制字到校正信号产生单元3。输出的直流电压校正信号加到被校正的数字存储示波器的校正通道输入端，手动检查和校正被校正的数字存储示波器当前垂直档位下的增益；校正完当前垂直档位，按选择键“向左”或“向右”选择需要校正的下一档位，按确认键“S”确定，处理器单元2响应键盘602设置，重新产生控制字，增益校正装置输出该垂直档位对应的直流电压校正信号。在完成手动校正后，按功能键“F”退出手动校正模式。

3、定标模式

按下键盘602的功能键“F”，进入模式选择状态，通过选择键“向左、向右”选择定标模式，选择完毕后，按下确认键“S”进入定标模式。在定标模式下，通过选择键“向左”或“向右”设置需要定标的垂直档位，按确认键“S”确定，处理器单元2响应键盘602设置，发送对应的控制字到校正信号产生单元，采用更高精度电压表测量该校正装置输出的直流电压校正信号。如不满足所需直流电压校正信号的精度，通过选择键“向左”或“向右”手动校正，即调节处理器单元2发出的控制字，直到输出校正信号达到所需的精度，按确认键“S”确定，处理器单元2保存当前垂直档位下的控制字，下次增益校正时使用。在完成定标后，按功能键“F”退出定标模式。

在使用期间，只需采用更高精度电压表检测增益校正装置的输出直流电压校正信号，便可进行简单、快捷的定标；本发明的数字存储示波器增益校正装置采用USB接口供电，功耗低、体积小、携带方便，硬件实现代价低，性价比高，并且不再需要专业技术人员使用复杂、昂贵的示波器校正仪对数字存储示波器进行增益校正，有利于应用到数字存储示波器生产线上对出厂产品进行增益校正，也便于现场对数字存储示波器各垂直档位进行及时增益检查和校正，减少了因维护示波器所附加的搬移和操作，实用价值较高。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，包括：

一通讯接口单元，用于连接被校正的数字存储示波器的USB接口，获取被校正的数字存储示波器发送的各垂直档位的校正命令，并转换输出；

一处理器单元，连接到通讯接口单元，用于接收通讯接口单元转换输出的校正命令，产生相应档位的控制字；

一校正信号产生单元，连接到处理器单元，用于接收处理器单元产生的控制字，产生被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号，并输出给被校正的数字存储示波器正在校正通道的输入端，被校正的数字存储示波器自动校正正在校正通道正在校正档位下的增益；

一电源模块，用于连接被校正的数字存储示波器的USB接口，获取5V电源并转换成稳定的输出电压，供给处理器单元、校正信号产生单元。

2.根据权利要求1所述的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，所述的校正信号产生单元由高精度数模转换器，低噪声、高精度运算放大器以及外围阻容网络构成；

校正信号产生单元中的高精度数模转换器根据处理器单元产生的控制字，产生直流电压信号，直流电压信号经低噪声高精度运算放大器调理，达到直流电压校正信号所需的精度要求输出。

3.根据权利要求1所述的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，数字存储示波器增益校正装置还包括有多个输出端的校正信号输出单元；

校正信号产生单元产生的、被校正的数字存储示波器正在校正档位下需要输入的直流电压校正信号输出到校正信号输出单元中，被校正的数字存储示波器通过接口单元发出通道选择命令到处理器单元，处理器单元根据通道选择命令控制校正信号输出单元切换输出端，将直流电压校正信号切换到需要校正通道的输入端。

4.根据权利要求1所述的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，数字存储示波器增益校正装置还包括人机交互接口，人机交互接口与处理器单元连接，包括LCD显示屏和键盘，用于定标增益校正装置时进行调节和设置。

5.根据权利要求4所述的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，所述的键盘包括功能键“F”，确认键“S”以及选择键“向左、向右”；

按下键盘的功能键“F”，进入模式选择状态，通过选择键“向左、向右”选择定标模式，选择完毕后，按下确认键“S”进入定标模式；在定标模式下，通过选择键“向左”或“向右”设置需要定标的垂直档位，按确认键“S”确定，处理器单元响应键盘设置，发送对应的控制字到校正信号产生单元，采用更高精度电压表测量该校正装置输出的直流电压校正信号；如不满足所需直流电压校正信号的精度，通过选择键“向左”或“向右”手动校正，即调节处理器单元发出的控制字，直到输出校正信号达到所需的精度，按确认键“S”确定，处理器单元保存当前垂直档位下的控制字，下次增益校正时使用。

6.根据权利要求4所述的数字存储示波器增益校正装置，其特征在于，所述的键盘包括功能键“F”，确认键“S”以及选择键“向左、向右”；

按下键盘的功能键“F”，进入模式选择状态，通过选择键“向左、向右”选择手动校正模式，选择完毕后，按下确认键“S”进入手动校正模式.在手动校正模式下，通过选择键“向左”或“向右”选择需要校正的垂直档位，按确认键“S”确定，处理器单元响应键盘设置，产生对应直流电压校正信号的控制字，发送控制字到校正信号产生单元；输出的直流电压校正信号加到被校正的数字存储示波器的校正通道输入端，手动检查和校正被校正的数字存储示波器当前垂直档位下的增益；校正完当前垂直档位，按选择键“向左”或“向右”选择需要校正的下一档位，按确认键“S”确定，处理器单元响应键盘设置，重新产生控制字，增益校正装置输出该垂直档位对应的直流电压校正信号.在完成手动校正后，按功能键“F”退出手动校正模式.

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