CN103575948A - 一种具有消除前端偏移误差功能的示波器 - Google Patents

Abstract

一种具有消除前端偏移误差功能的示波器，包括具有布线层和接地层的印刷电路板、屏蔽罩、连接器、衰减单元、第一运放单元、信号采集控制处理单元，所述连接器、所述衰减单元和所述第一运放单元的接地端均在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，在所述屏蔽罩外还具有一个第二运放单元，所述第二运放单元的第一信号输入端连接所述信号采集控制处理单元的一个偏置信号输出端，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，所述第二运放单元的输出端连接到所述第一运放单元的一个输入信号补偿端。本发明的示波器可以动态调整低电平浮动现象，使得测量结果更加准确。

Description

一种具有消除前端偏移误差功能的示波器

技术领域

本发明涉及测量、测试技术领域，特别是涉及一种示波器，具体是一种具有消除前端偏移误差功能的示波器。

背景技术

在测量、测试技术领域，示波器是观察电信号经常用到的测量设备。示波器一般包括有一组BNC连接器或SMA连接器、一个模拟前端电路、一个模数转换模块、一个控制处理模块、一个显示器等，示波器的模拟前端电路完成对外部输入信号的衰减、缓冲、偏置、放大等功能，模数转换模块完成对模拟信号的数字采集，控制处理模块则实现对对示波器整体的控制和数字信号的处理，控制处理模块还可以实现对显示器的控制。

示波器的操作面板上一般都会有垂直偏移调节旋钮，通过所述垂直偏移调节旋钮可以改变显示器上显示的波形的垂直位置。

现有的示波器的模拟前端电路具有多种实现方式，例如专利申请号为200910237777.9的中国公开专利文件公开了一种具有高频低频路径分离电路的示波器，专利申请号为200910243120.3的中国公开专利文件公开了一种具有衰减电路的示波器，专利申请号为200910243121.8的中国公开专利文件公开了一种具有模拟前端电路的示波器，等等。上述的公开文件都涉及到了示波器的模拟前端电路。

下面对现有的示波器的模拟前端电路进行总结介绍，参考图1，以示波器100为例进行说明。示波器100包括有依次连接的BNC连接器101、模拟前端电路102、模数转换模块106、控制处理模块107，模拟前端电路102包括有依次串联在BNC连接器101和模数转换模块106之间的衰减单元103、运放单元104、可变增益放大器105，控制处理模块107的一个偏置信号输出端1071还通过一个数模转换模块108和一个放大器109连接到所述运放单元104的一个偏置信号输入端1041。

BNC连接器101通过一个探头将被测电路中的被测信号引入到示波器100中，衰减单元103对BNC连接器101传输来的信号进行衰减，并将衰减后的信号传输给运放单元104；运放单元104对输入的信号进行缓冲，隔离被测电路和可变增益放大器105等的相互影响，同时还接收控制处理单元107通过数模转换模块108和放大器109输出的一个偏置信号，对输入的信号和所述偏置信号作加法运算，将所述偏置信号叠加到输入的信号上；可变增益放大器105可以根据示波器100的垂直档位进行设置，用户通过控制处理模块107的控制信号来设置可变增益放大器105的放大倍数，将输入的信号放大到合适的幅度，然后再由模数转换模块106进行模数转换处理，控制处理模块107将模数转换后的数字信号进行存储、计算等处理，得到显示信号给显示器显示。

所述示波器100还具有一个由数模转换模块108和放大器109构成的偏置电路，所述控制处理模块107的偏置信号输出端1071输出一个数字的偏置信号，数模转换模块108对该数字的偏置信号进行数模转换处理，得到一个直流的模拟偏置信号，然后放大器109对该直流的模拟偏置信号进行放大或比例运算处理，作为偏置电平最终输出给运放单元104。

控制处理模块107输出的偏置信号具有如下作用：1、校准示波器100的显示零点，由于示波器100的显示器显示的是模数转换模块106转换后的数字信号，所以显示器的零点即模数转换模块106转换的中间电平，在不接被测信号时，通过所述偏置信号使得模数转换模块106的模拟信号偏置在模数转换模块106的输入中间电平，实现示波器零点的校准。2、示波器100通过BNC连接器101引入的信号带有一定的偏移，用户观测不方便，调节垂直偏移调节旋钮可以改变偏置信号，将偏置信号与输入的信号进行加法运算，再给模数转换模块106进行模数转换处理，可以使显示的波形偏移满足用户的观测要求。3、完成示波器100模拟前端增益的校准，校准方法为：首先使用外置信号校准数模转换模块108，那么偏置信号即为已知，在需要校准的垂直档位，通过设置两个不同的偏置信号，计算模数转换模块106转换后的数字信号的差，由于偏置信号已知，即可计算出增益值，从而实现示波器100垂直档位增益的校准。

在电路设计时，结合参考图2，示波器100的上述各个模块一般都设置在一个印刷电路板111上，而模拟前端电路102总体安装在一个屏蔽罩110内，模拟前端电路102再通过印刷电路板111上的连接线连接模数转换模块106、控制处理模块107、数模转换模块108等。BNC连接器101安装在印刷电路板111上有多种方式，可以如图2中的安装方式，使得BNC连接器101的中心线与印刷电路板平行，然后将固定的一端置于屏蔽罩110内，通过多个焊点112焊接与屏蔽罩110内的印刷电路板111上，同时BNC连接器101的接地端113在所述屏蔽罩110内连接所述印刷电路板111的接地层、信号连接端通过连接线114连接到衰减单元103的输入端。

所述BNC连接器101也可以安装在所述印刷电路板111的具有屏蔽罩110的顶层或与具有屏蔽罩110的顶层相对的底层上，即使得所述BNC连接器101的中心线与所述印刷电路板111垂直。如果所述BNC连接器101安装在所述印刷电路板111的具有屏蔽罩110的顶层，则需要在所述屏蔽罩110上打一孔，使得BNC连接器101能够穿孔而出，且使得所述BNC连接器101的接地端113在所述屏蔽罩110内连接所述印刷电路板111的接地层，使所述BNC连接器101的信号连接端在所述屏蔽罩110内连接所述衰减单元103的输入端；如果所述BNC连接器101设置在所述印刷电路板的底层，即与具有屏蔽罩110的顶层相对的一面时，一般也将所述BNC连接器101设置在所述屏蔽罩110所映射的区域内，并通过在所述印刷电路板111上打一孔，使得所述BNC连接器101的信号连接端可以在所述屏蔽罩110内连接所述衰减单元103的输入端，所述BNC连接器101的接地端113也在所述屏蔽罩110所映射的区域内连接所述印刷电路板111的接地层。

所述印刷电路板111根据需要可以设置为单层或多层，由于示波器110的电路复杂，一般采用多层印刷电路板实现，所述各个元器件（如所述衰减单元103、运放单元104、可变增益放大器105、模数转换模块106、控制处理模块107、数模转换模块108、放大器109、电源115等）一般设置在所述多层印刷电路板的顶层或底层；连接线可以在顶层和底层设置，或者也可以有专门的一层作为连线层；所述多层印刷电路板会有一层或多层共同构成的接地层，一般由大面积覆铜或铜箔构成。

所述的屏蔽罩110一般采用金属材料制成，安装在所述印刷电路板111上，并直接就近与所述印刷电路板111的接地层电连接，使所述屏蔽罩110和与其相对的接地层构成一个相对封闭的空间，所述模拟前端电路102的各个部分均设置在所述屏蔽罩110和接地层构成的相对封闭的空间内；且模拟前端电路102的各个部分的接地端遵循就近原则，均是在所述相对封闭的空间内实现接地的。所述屏蔽罩110一方面可以降低电磁干扰对所述模拟前端电路102的影响，另一方面增加了模拟前端电路102的接地层的面积，使得所述模拟前端电路的接地层基本为等电位。

另一方面，所述示波器100的模数转换模块106、控制处理模块107、数模转换模块108等数字控制器件也通常采用就近接地的方案实现与接地层的连接。

所述示波器110的印刷电路板111的接地层上的地电流往往是不确定的，其原因比如：BNC连接器101进入的被测信号的频率发生变化；或者示波器100触发后，对大量数据进行存储时，由于数据量大，大量的O/I翻转，示波器功耗会加大，地电流会变大；又比如，示波器100启动瞬间，示波器100的各个部分初始化，功耗变化剧烈，地电流变化剧烈；又比如，示波器100打开USB、LAN等接口时，功耗会加大，电源输出电流变大，地电流会加大，等等。所述接地层中地电流的变化，会改变接地层上不同点之间的电位差，从而使示波器100的测量结果产生上下浮动的、偏置电平不稳的现象。

现有技术中，构成偏置电路的模数转换模块108及放大器109虽然可以用于调整示波器100的偏置电平，但并不能用于动态调整这种由于地电流引起的地电平浮动现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有消除前端偏移误差功能的示波器。

本发明所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，包括：一个具有布线层和接地层的印刷电路板、一个屏蔽罩、一个连接器、一个衰减单元、一个第一运放单元、一个信号采集控制处理单元，

所述屏蔽罩安装在所述印刷电路板上，所述衰减单元和所述第一运放单元安装在所述屏蔽罩内，

所述衰减单元和所述第一运放单元依次串联连接在所述连接器和所述信号采集控制处理单元之间，

所述连接器、所述衰减单元和所述第一运放单元的接地端均在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，

在所述屏蔽罩外还具有一个第二运放单元，所述第二运放单元的第一信号输入端连接所述信号采集控制处理单元的一个偏置信号输出端，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，所述第二运放单元的输出端连接到所述第一运放单元的一个输入信号补偿端。

本发明所述的示波器在通过连接器引入被测信号，通过衰减单元对信号进行衰减，然后通过第一运放单元进行缓冲以及与所述偏置信号进行加法运算，然后传输给信号采集控制处理单元进行模数转换采集、存储、数字信号处理、控制等操作，同时从所述屏蔽罩内的接地层引出一根连接线输出一个地信号给所述设置在所述屏蔽罩外地第二运放单元，第二运放单元对所述信号采集控制处理单元输出的偏置信号和所述地信号进行运算，得到一个修正后的偏置信号给所述第一运放单元，所述第一运放单元对输入的被测信号和所述修正后的偏置信号做加法运算，这样就将屏蔽罩内的接地层的电位变化引入到所述偏置信号，由于所述屏蔽罩内接地层的各个点的电位与所述连接器的接地点电位基本为等电位，因此将所述屏蔽罩内的接地层电位引入到所述偏置信号对所述偏置信号进行修正，就使得示波器可以自动的调整因地电流变化引起地电平浮动而造成的测量结果上下浮动、偏置电平不稳的现象，使得被测信号更加准确。

作为一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，位于所述连接器的接地端连接所述接地层的位置与所述第一运放单元的接地端连接所述接地层的位置之间。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，位于所述连接器的接地端连接所述接地层的位置与所述衰减单元的接地端连接所述接地层的位置之间。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，邻近所述连接器的接地端连接所述接地层的位置。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，与所述连接器的接地端连接所述接地层的位置之间的距离小于2厘米。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元由一个减法电路构成，其正输入端通过布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层、负输入端连接所述信号采集控制处理单元的偏置信号输出端。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，在所述第二运放单元的输出端和所述第一运放单元的输入信号补偿端之间还设有一个放大电路。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述放大电路在所述印刷电路板上的投影的中心与所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离，小于所述放大电路在所述印刷电路板上的投影的中心与所述第一运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离。

作为又一种举例说明，在本发明所述的示波器中，所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心与所述信号采集控制处理单元的偏置信号输出端之间的距离，小于所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心与所述屏蔽罩在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离。

本发明所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器将屏蔽罩内的接地层的电位变化引入到所述偏置信号，对所述偏置信号进行修正，使得示波器可以动态的自动调整地电流引起的地电平浮动现象，使得被测信号准确。

附图说明

图1是现有技术中示波器100的电路原理图；

图2是示波器100的又一电路原理图；

图3是本发明的示波器300的电路原理图；

图4是本发明的示波器300的又一电路原理图；

图5是本发明的示波器300的又一电路原理图；

图6是本发明的示波器300的又一电路原理图；

图7是本发明的示波器300的又一电路原理图；

图8是本发明的示波器300的又一电路原理图；

图9是本发明的示波器300的又一电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

结合参考图3，本发明所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器300，包括：一个具有布线层和接地层的印刷电路板301、一个屏蔽罩302、一个连接器303、一个衰减单元304、一个第一运放单元305、一个信号采集控制处理单元306，

所述屏蔽罩302安装在所述印刷电路板301上，所述衰减单元304和所述第一运放单元305安装在所述屏蔽罩302内，

所述衰减单元304和所述第一运放单元305依次串联连接在所述连接器303和所述信号采集控制处理单元306之间，

所述连接器303、所述衰减单元304和所述第一运放单元305的接地端均在所述屏蔽罩302的投影位置中连接所述接地层，

在所述屏蔽罩302外还具有一个第二运放单元307，所述第二运放单元307的第一信号输入端3071连接所述信号采集控制处理单元306的一个偏置信号输出端3061，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述布线层的连接线308在所述屏蔽罩302的投影位置中连接所述接地层，所述第二运放单元307的输出端3073连接到所述第一运放单元305的一个输入信号补偿端3051。

本发明所述的示波器300的衰减单元304、第一运放单元305、信号采集控制处理单元306和第二运放单元307都设置在所述印刷电路板301上，其中所述衰减单元304和第一运放单元305安装在屏蔽罩302内，所述信号采集控制处理单元306和所述第二运放单元307安装在所述屏蔽罩302外，且所述信号采集控制处理单元306和所述第二运放单元307的接地端就近接地。

所述的连接器303通过外接的探头将被测电路的被测信号引入到示波器300中，所述被测信号首先经过衰减单元304进行适当的衰减，然后将衰减后的被测信号传输给第一运放单元305，第一运放单元305可以对被测信号进行缓冲，并隔离被测电路和后续的电路，然后再将缓冲后的被测信号传输给信号采集控制处理单元306进行模数转换、存储、数字信号处理等，最终得到可以显示的波形；所述信号采集控制处理单元306还通过偏置信号输出端3061输出一个模拟的偏置信号a给所述第二运放单元307的第一信号输入端3071，所述第二运放单元307的第二信号输入端通过所述印刷电路板301的布线层的连接线308连接到所述屏蔽罩302、并在所述屏蔽罩302内接所述接地层，使得所述屏蔽罩302内的接地层可以输出一个地信号b给所述第二运放单元307，也即将所述屏蔽罩302所映射的接地层内的电位通过所述连接线308引入到所述第二运放单元307中，所述第二运放单元307利用该地信号b对所述偏置信号a进行修正，输出经过修正的信号再给所述第一运放单元305。这样，由于屏蔽罩302所映射的接地层内的电位的变化被引入到了所述偏置信号a，然后所述第一运放单元305再利用经过修正的偏置信号对被测信号进行处理，就至少抵消了一部分所述屏蔽罩302所映射的接地层内的电位的变化而引起的被测信号的变化，由于所述屏蔽罩302所映射的接地层的各个点基本为等电位，因此就减小了所述连接器303附近的接地层电位上下浮动对被测信号和偏置电平的影响，减小了误差，使得测量结果更加准确。

作为一个举例说明，本实施例所述的示波器300的连接器303采用BNC连接器。

作为一种变形，本实施例所述的连接器303还可以采用SMA连接器等。

作为一个举例说明，结合参考图4，本实施例所述的衰减单元304可以包括有电容401、开关402、电阻403、结型场效应管404、电阻405等组成，电容401与开关402并联连接，并且共同连接到所述结型场效应管404的源极，结型场效应管404的漏极连接一个电源VCC、栅极通过电阻405接地，所述结型场效应管404的源极还通过1兆欧的电阻403接地。输入的被测信号经过电容401或开关402耦合到所述电阻403和所述结型场效应管404，通过所述结型场效应管404实现衰减。

作为一种变形，结合参考图5，所述衰减单元304还可以采用这样的方式实现：被测信号从端子517引入，然后通过双刀双掷开关501选择接入路径，开关501通过端子502和503连接到另一个双刀双掷开关506，开关506的一路直通、另一路连接一个50Ω衰减电路507，开关506和开关501的端子503之间还设有一个分压电阻508，开关506的信号输出端子518作为信号输出端，信号输出端子518还连接一个接地电阻509；开关501还通过端子504和505连接另一个双刀双掷开关510，开关510的一路直通、另一路连接一个1MΩ衰减电路511，开关510和开关501的端子505之间还设置有一个分压电阻512，开关510的信号输出端子519作为又一个信号输出端；开关501的信号输出端521和输出端子520之间并联的一个开关515和一个电容516，所述并联的开关515和电容516的两端还分别连接有接地电阻513和接地电阻514。

通过开关501选择接入路径，如果开关501选择连接端子502和503，则被测信号被接入到开关506，开关506如果选择直通路径则不对被测信号进行衰减，开关506如果选择50Ω衰减电路507则对被测信号进行衰减后输出，电阻509是为被测电路提供输出电阻。如果开关501选择连接端子504和505，则被测信号被接入到开关510，开关510如果选择直通路径则不对被测信号进行衰减，开关510如果选择1MΩ衰减电路511则对被测信号进行衰减后输出。开关515、电容516、电阻513和514构成AC/DC耦合电路，可以选择DC耦合方式或AC耦合方式电阻508或512可以与电阻513共同构成分压电路分压，然后输出。

作为又一种变形，所述衰减单元503还可以采用电阻直接分压的方式实现衰减。

作为一种举例说明，结合参考图6，所述第一运放单元305由一个加法电路构成，包括有一个运算放大器602，运算放大器602的负输入端603接所述第一运放单元的输入端601，所述负输入端603还通过电阻605接所述偏置信号输入端611，所述偏置信号输入端611还连接一个接地电容606，所述运算放大器602的正输入端604直接接地，所述负输入端603与输出端610之间连接有并联的两个通路，其中一个通路为电阻607，另一个通路为串联的电阻608和电容609。经过修正的偏置信号从所述偏置信号输入端611输入到所述运算放大器602，所述运算放大器602将被测信号与所述经过修正的偏置信号进行加法运算，输出经过加法运算后的信号，通过调节所述偏置信号来达到调节显示波形的垂直位置的目的。

作为一种变形，结合参考图7，所述第一运放单元305也可以由加法电路701、放大器702和703、反馈电路704共同构成，所述放大器702和703可以分别接收一路经过衰减的输入信号，例如放大器702通过输入端子717接收经过50Ω衰减电路衰减后的信号、放大器703通过输入端子710接收经过1MΩ衰减电路衰减后的信号，放大器702和703的输出端共接后连接到所述第一运放单元305的输出端子718。所述加法电路701的一个输入端705接收输入信号中的低频分量、另一个输入端706通过电阻708接输入端子719和偏置信号输入端707，输入端子719和放大器的输入端子710之间还设有电容709，加法电路701的输出端716分为两路：一路通过电阻715接放大器702的输入端子717、另一路通过电阻712接放大器703的输入端子710，输出端子718还连接所述反馈电路704的输入端，所述反馈电路704的输出端接所述放大器701的输入端706。

应用时，端子717和719分别接收一路输入信号，然后通过选择或开关切换等技术，使放大器702、703中的一个在一个时间段工作、另一个处于高阻状态，同时所述加法电路701对所述低频的输入信号和所述偏置信号作加法运算，通过改变所述偏置信号可以改变所述加法电路701输出的信号，实现对示波器300的垂直偏置的调节；所述反馈电路704和所述加法电路701共同构成所述放大器702和703的负反馈回路，可以稳定放大器702和703的输出。

作为一种举例说明，所述信号采集控制处理单元306实现了对模拟信号的采集、偏置信号的输出，可以由模数转换器、FPGA芯片、DSP芯片、数模转换器等共同构成，模数转换器将模拟的输入信号转换为数字信号，FPGA芯片将采集的数字信号进行存储、处理，DSP芯片接收示波器300的键盘的输入来计算出偏置信号的数值，然后FPGA芯片将所述偏置信号的数值通过数模转换器转换为模拟信号输出。

作为一种变形，所述信号采集控制处理单元306也可以由模数转换器、FPGA芯片、数模转换器等共同构成，此时,所述FPGA芯片即需要完成采集的数字信号的存储、处理，也需要接收键盘的输入信号来产生偏置信号。

作为又一种变形，所述信号采集控制处理单元306也可以由模数转换器、中央处理器、数模转换器等构成，其中中央处理器可以由DSP芯片构成，也可以由ASIC集成芯片构成，也可以由CPU构成，等等。

需要说明的是，所述数模转换器的输出端还可以连接有驱动输出信号的放大器。

需要进一步说明的是，在所述第一运放单元305和所述信号采集控制处理单元306之间还可以设置有可编程放大器、带宽限制模块等，所述可编程放大器、带宽限制模块一般也设置在所述屏蔽罩302内。

在本实施例中，结合参考图8，在所述屏蔽罩302内，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802，尽量靠近所述连接器303的接地端连接所述接地层的位置801，例如位置801与位置802之间的距离小于2厘米，这样即有利于连接线布线，也能使得连接器303附近的接地层的电位的变化更准确的输出给所述第二运放单元307，使得补偿效果更加准确，最终使得示波器300的测量结果更加准确。

由于所述屏蔽罩302的存在，在所述屏蔽罩302所映射的所述印刷电路板301上的接地层的各个接地点基本等电位，因此所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802也可以设置在其他位置。

作为一种变形，在所述屏蔽罩302内，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802，可以位于所述连接器303的接地端连接所述接地层的位置801与所述衰减单元304的接地端连接所述接地层的位置803之间，由于各个点的电位基本相等，这样也能够较为准确的将地电平的变化反应到所述第二运放单元307，进而使得补偿效果准确。

作为又一种变形，在所述屏蔽罩302内，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802，还可以位于所述衰减单元304的接地端连接所述接地层的位置803与所述第一运放单元305的接地端连接所述接地层的位置804之间，由于各个点的电位基本相等，这样也能够较为准确的将地电平的变化反应到所述第二运放单元307，进而使得补偿效果准确。

作为又一种变形，在所述屏蔽罩302内，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802，还可以直接连接到所述连接器303的接地端连接所述接地层的位置801，也可以直接连接到所述衰减单元304的接地端连接所述接地层的位置803，也可以直接连接到所述第一运放单元305的接地端连接所述接地层的位置804，均可以实现将接地层的地电平的变化反应到所述第二运放单元307，进而使得补偿效果准确，使得示波器300的测量效果准确。

作为又一种变形，所述屏蔽罩302内还可能设置有如可变增益放大器等模块，所述第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述印刷电路板301的布线层的连接线连接所述接地层的位置802也可以邻近这些模块，也可以实现将接地层的地电平的变化反应到所述第二运放单元307，进而使得补偿效果准确，使得示波器300的测量效果准确。

需要说明的是，所述衰减单元304、所述第一运放单元305可能具有多个接地端，此时本发明所述的衰减单元304的接地端、第一运放单元305的接地端可以是其中的任意一个，并不会对本发明的保护范围产生影响。

作为一种举例说明，结合参考图9，当所述的屏蔽罩302内由于地电流而产生的偏移和第二运放单元307输出的信号反向时，所述第二运放单元307由一个减法电路构成，通过相减来减小误差。所述减法电路包括一个放大器901，所述放大器901的正输入端5通过电阻R5和布线层的连接线在所述屏蔽罩302的投影位置中连接所述接地层，所述放大器901的负输入端6一方面通过电阻R1接所述信号采集控制处理单元306的偏置信号输出端3061、另一方面通过电阻R2接所述放大器901的输出端7，所述放大器901的输出端7与所述第二运放单元307的输出端3073之间还有一个电阻R3，所述放大器901的正输入端5还分别连接一个接地电阻R6和一个接地电容C，放大器901的电源端11和4还分别连接-5V电源和+5V电源。

这样，所述地信号b经过电阻R5传输给所述放大器901的正输入端，其中电阻R5和电阻R6构成分压电阻，电容C实现高频滤波，滤除所述印刷电路板301上的连接线可能带来的高频干扰，所述偏置信号a传输给所述放大器901的负输入端，所述放大器901对所述偏置信号a和所述地信号b进行减法运算，电阻R3可以避免驱动大电容时引起放大器901震荡，所述第二运放单元307的输出端3073输出的信号为所述地信号b与所述偏置信号a之差。

作为一种变形，当所述的屏蔽罩302内由于地电流而产生的偏移和第二运放单元307输出的信号同向时，所述第二运放单元307也可以是由一个加法电路构成，通过相加来减小误差。

作为又一种变形，在所述减法电路的输出端（也即所述第二运放单元307的输出端3073）与所述第一运放单元305的输入信号补偿端3051之间还可以设置有一个放大电路，来驱动所述减法电路的输出端输出的信号。

作为又一种变形，所述放大电路在所述印刷电路板301上的投影的中心与所述第二运放单元307在所述印刷电路板301上的投影的中心之间的距离，小于所述放大电路在所述印刷电路板301上的投影的中心与所述第一运放单元305在所述印刷电路板301上的投影的中心之间的距离。

可以尽量使得所述放大电路靠近所述第二运放单元307，便于驱动所述第二运放单元307输出端输出的信号。

作为一种举例说明，所述第二运放单元307在所述印刷电路板301上的投影的中心与所述信号采集控制处理单元306的偏置信号输出端3061之间的距离，小于所述第二运放单元307在所述印刷电路板301上的投影的中心与所述屏蔽罩302在所述印刷电路板301上的投影的中心之间的距离。一方面使得对所述信号采集控制处理单元306通过数模转换器输出的偏置信号a的驱动能力要求降低，也使得所述偏置信号a收到的干扰降低，另一方面也使得所述第二运放单元307的接地的位置与所述数模转换器邻近，如果距离太远，会形成较大的走线电容，增加了所述模数转换器的输出负载电容，容易使得模数转换器工作不正常。

作为一种举例说明，如果所述示波器300为多通道示波器，一般的包括有两个（或四个，或更多）连接器303，每个连接器303后都连接有一个模拟前端电路，所述每个模拟前端电路都设置在一个所述的屏蔽罩302内，每个所述模拟前端电路均包括一个衰减单元304、一个第一运放单元305，所述的每个模拟前端电路一般均排列设置在所述印刷电路板111上，这样所述的每个屏蔽罩302也排列在所述印刷电路板111上，然后所述的模拟前端电路的输出端（本实施例为所述第一运放单元305的输出端）均连接到一个信号采集控制处理单元306，所述每个模拟前端电路中的每个接地端均就近在所对应的屏蔽罩302的投影位置中连接所述印刷电路板111的接地层，在所述所有的屏蔽罩302外还设置有所述第二运放单元307，所述第二运放单元307可以分别对应所述每个模拟前端电路设置一个，所述第二运放单元307的第一信号输入端3071分别连接所述信号采集控制处理单元306的一个偏置信号输出端3061，所述每个第二运放单元307的第二信号输入端3072通过所述布线层的连接线308在所对应的屏蔽罩302的投影位置中连接所述接地层，该第二运放单元307的输出端3073连接到所对应的第一运放单元305的一个输入信号补偿端3051，这样的示波器300可以分别同时调节每一通道的垂直偏置；所述的第二运放单元307也可以设置为一个，所述第二运放单元307的第一信号输入端3071连接所述信号采集控制处理单元306的一个偏置信号输出端3061，然后将每个屏蔽罩302的投影中的接地层处的地通过布线层的连接线连接到所述第二运放单元307的第二信号输入端3072处，并可以通过开关切换，第二运放单元307的输出端3073连接到所对应的第一运放单元305的一个输入信号补偿端3051，这样的示波器300可以切换的调节每个通道的垂直偏置。所述的第二运放单元307不管设置为一个或多个，每个所述第二运放单元307都可以采用单个运放连接而成，也可以采用一个集成运放构成一个或多个第二运放单元307。所述多通道示波器300不仅可以自动的调整每个通道的因地电流引起的地电平浮动现象，还可以在多通道测量时，调整不同的通道间的地电平浮动，这种浮动是由于各个模拟前端电路之间有位置关系差别、各个连接器之间有位置关系差别，使得各个连接器的接地端附近的地电平的浮动也有少许差别。

在本实施例中，还需要说明的是，所述印刷电路板301可以是单层电路板，也可以是多层电路板，所述布线层可以是与设置有元器件的元件层为同一层，也可以是专门设置一个布线层；所述接地层可以是由大面积覆铜或铜箔构成，所述印刷电路板301的接地层可以是一层接地层，也可以由多层接地层共同连接构成，均在本发明的保护范围之内。

通过以上说明可以看出，本发明的实施例解决了背景技术中所述的由于地电流存在造成的接地层的电位浮动，进而影响BNC连接器101接收的被测信号的问题，通过将屏蔽罩302内的接地层的地电平引入到第二运放单元307，所述第二运放单元307利用所述地电平来修正所述信号采集控制处理单元306输出的偏置信号a，然后再传输给所述第一运放单元305进行加法运算，这样就可以减小地电流带来的地电平的变化对被测信号的影响，使得示波器300可以动态的自动调整因地电流引起的地电平浮动现象，使得测量结果更加准确。

以上所述的仅为本发明的具体实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种具有消除前端偏移误差功能的示波器，包括：一个具有布线层和接地层的印刷电路板、一个屏蔽罩、一个连接器、一个衰减单元、一个第一运放单元、一个信号采集控制处理单元，

所述屏蔽罩安装在所述印刷电路板上，所述衰减单元和所述第一运放单元安装在所述屏蔽罩内，

所述衰减单元和所述第一运放单元依次串联连接在所述连接器和所述信号采集控制处理单元之间，

所述连接器、所述衰减单元和所述第一运放单元的接地端均在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，

其特征在于：

在所述屏蔽罩外还具有一个第二运放单元，所述第二运放单元的第一信号输入端连接所述信号采集控制处理单元的一个偏置信号输出端，所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层，所述第二运放单元的输出端连接到所述第一运放单元的一个输入信号补偿端。

2.根据权利要求1所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，位于所述连接器的接地端连接所述接地层的位置与所述第一运放单元的接地端连接所述接地层的位置之间。

3.根据权利要求2所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，位于所述连接器的接地端连接所述接地层的位置与所述衰减单元的接地端连接所述接地层的位置之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，邻近所述连接器的接地端连接所述接地层的位置。

5.根据权利要求4所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元的第二信号输入端通过所述布线层的连接线连接所述接地层的位置，与所述连接器的接地端连接所述接地层的位置之间的距离小于2厘米。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元由一个减法电路构成，其正输入端通过布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层、负输入端连接所述信号采集控制处理单元的偏置信号输出端。

7.根据权利要求4所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元由一个减法电路构成，其正输入端通过布线层的连接线在所述屏蔽罩的投影位置中连接所述接地层、负输入端连接所述信号采集控制处理单元的偏置信号输出端。

8.根据权利要求6所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

在所述第二运放单元的输出端和所述第一运放单元的输入信号补偿端之间还设有一个放大电路。

9.根据权利要求7所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

在所述第二运放单元的输出端和所述第一运放单元的输入信号补偿端之间还设有一个放大电路。

10.根据权利要求8或9所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述放大电路在所述印刷电路板上的投影的中心与所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离，小于所述放大电路在所述印刷电路板上的投影的中心与所述第一运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离。

11.根据权利要求10所述的具有消除前端偏移误差功能的示波器，其特征在于：

所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心与所述信号采集控制处理单元的偏置信号输出端之间的距离，小于所述第二运放单元在所述印刷电路板上的投影的中心与所述屏蔽罩在所述印刷电路板上的投影的中心之间的距离。

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