CN104267228A - 一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，由缓冲隔离放大器、数模转换器、模拟比较器、数字变阻器、CPU控制器及电阻网络组成。采用上述方案具有以下优点：1)采用数字变阻器实现触发灵敏度连续可调节，调节步进小、分辨率高，电阻容差小、准确度高，控制灵活，使用方便；2)当信号中叠加了高频噪声时，用户只需要通过I2C总线数控减小数字变阻器的值就可以获得稳定的触发波形。

Description

一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路
技术领域
本发明属于灵敏度连续可调技术领域，尤其涉及的是一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路。
背景技术
数字示波器不仅能够稳定地显示重复的周期性信号，同时能够显示具有特定特征的信号，其触发灵敏度直接决定了其对微弱信号的捕获与显示的能力。数字示波器现有的触发系统多数为模拟触发系统，负责检测信号电平的比较器使用处理原始测量信号的模拟比较器。对于模拟比较器的触发灵敏度来说有两个相互矛盾的要求。噪声信号的稳定触发，要求触发系统在触发门限周围实现一定迟滞，因此模拟比较器必须采用反馈技术进行补偿以获得稳定显示的波形；另一方面，对于小振幅信号，较大的迟滞又会限制触发系统的灵敏度，导致小振幅信号无法稳定触发显示。
国内现有的数字示波器的触发系统多数为模拟触发系统，负责检测信号电平的比较器使用处理原始测量信号的模拟比较器。模拟触发系统的简化框图如图1所示，现有的模拟触发系统电路由缓冲放大器N1、数模转换器DACN2和模拟比较器N3及外围的电阻网络组成。缓冲放大器N1的主要作用是避免模拟比较器跳变时产生的极快尖峰信号串入模拟通道。数模转换器DACN2主要产生一个触发电平信号，用于和模拟通道过来的模拟信号进行比较，如果模拟信号大于触发电平，则模拟比较器N3输出高电平；反之，如果模拟信号小于触发电平，则模拟比较器N3输出低电平。Rh是正反馈电阻，如果Rh值过小，正反馈过大，会使触发灵敏度降低；反之，正反馈不足，触发灵敏度过高，将导致模拟比较器输出端的边沿产生震荡，无法获得稳定显示的波形。通过适当调节触发滞后电阻Rh，使比较器获得最高触发灵敏度的同时，又避免了慢变化信号引起输出端的边沿震荡。反馈电阻Rh一旦调节到合适的值，则Rh的值将保持不变。因此，数字示波器模拟触发系统的触发灵敏度一般为1格。
现有的模拟触发系统的模拟比较器的反馈电阻Rh不可连续调节，如果Rh的值过大，当信号中叠加了高频噪声时，数字示波器将无法获得稳定的触发波形；如果Rh的值过小，当输入小振幅信号时，反馈电阻Rh会增加系统的迟滞效果，降低触发系统的灵敏度，导致小振幅信号无法稳定触发显示。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路。
本发明的技术方案如下：
一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，由缓冲隔离放大器、数模转换器、模拟比较器、数字变阻器、CPU控制器及电阻网络组成；所述缓冲隔离放大器，用于避免模拟比较器跳变时产生的极快尖峰信号串入模拟通道；所述数模转换器，用于将数字电压信号通过数模变换器DAC转换成模拟电压信号；所述模拟比较器，用于将模拟通道过来的模拟信号与数模转换器过来的触发电平进行比较，产生一个数字的触发信号，该数字的触发信号用于后续的触发电路，用于确定时间参考的零点，采集的数据波形以该时间参考的零点进行显示；所述数字变阻器，通过I2C接口实现对电阻的数控调节，从而改变模拟比较器的触发反馈电阻的值，实现触发灵敏度的连续可调；所述CPU控制器，用于产生I2C总线的控制时序，从而控制数字变阻器；所述电阻网络，用于调节缓冲隔离放大器和模拟比较器的增益。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述缓冲隔离放大器INH为差分输入管脚的正端，与模拟通道过来的模拟信号经过R1和R2的分压网络后相连接；INL为差分输入管脚的负端，与数模转换器MAX5441的输出信号经过R3和R4的分压网络后相连接；OPH为差分输出管脚的正端，与模拟比较器的IN+相连接；OPH为差分输出管脚的负端，与模拟比较器ADCMP553的IN+相连接。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述数模转换器通过调节触发电平，用于稳定的显示波形，从而捕获感兴趣的信号波形。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述模拟比较器的IN+为模拟比较器的差分输入的正端，与N1的输出端OPH相连接，同时与数字变阻器N4的W端连接；IN-为模拟比较器的差分输入的负端，与N1的输出端OPL相连接；Q+为模拟比较器的差分输出的正端，为整个触发系统的输出，同时与数字变阻器N4的A端相连接；Q-为模拟比较器的差分输出的负端，通过电阻R5接地。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述数字变阻器中W为数字变阻器的滑动电阻端，与N3的IN+相连接；A为数字变阻器的固定电阻端，与N3的Q+相连接；SCL和SDA为数字变阻器数字控制的时钟线和数据线，符合I2C总线接口标准，与CPU控制器的I2C总线的SCL和SDA相连接。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述数字变阻器的最大电阻100k，具有1024个数控档位，具有100欧的阻值分辨率，标称电阻误差达到1％，其温度系数达到5ppm/℃。
所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其中，所述CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，该嵌入式CPU具有I2C接口，作为数字变阻器的控制器，通过I2C总线对数字电阻器进行控制，从而改变数字变阻器A脚与W脚之间的电阻值，自由调节触发灵敏度，其中，SCL和SDA为I2C总线的时钟和数据线，与数字电阻器的SCL和SDA相连接。
采用上述方案具有以下优点：1)采用数字变阻器实现触发灵敏度连续可调节，调节步进小、分辨率高，电阻容差小、准确度高，控制灵活，使用方便；2)当信号中叠加了高频噪声时，用户只需要通过I2C总线数控减小数字变阻器的值就可以获得稳定的触发波形；3)当信号中不带有高频干扰信号时，用户只需要通过I2C总线数控减增加数字变阻器的值就可以获得更高的触发灵敏度特性。
附图说明
图1为现有技术中模拟触发系统电路图。
图2为本发明实施例中数字示波器触发灵敏度连续可调的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提出了一种数字示波器触发灵敏度连续可调的方法，该方法采用数字变阻器AD5272BCPZ-100代替反馈电阻Rh，通过数字控制接口改变数字变阻器AD5272BCPZ-100的电阻值，改变反馈电阻的补偿效果，达到调节触发灵敏度的目的。改进的模拟触发系统的电路图如下图2所示。来自模拟通道的模拟信号为改进的模拟触发系统的输入，触发信号为改进模拟系统的输出，改进的模拟触发系统由缓冲隔离放大器AD8351ARM N1、数模转换器MAX5441 N2、模拟比较器ADCMP553 N3、数字变阻器AD5272BCPZ-100 N4和控制器CPU N5及电阻网络等组成。
方案中，缓冲隔离放大器AD8351主要作用是避免模拟比较器跳变时产生的极快尖峰信号串入模拟通道。其中，INH为差分输入管脚的正端，与模拟通道过来的模拟信号经过R1和R2的分压网络后相连接；INL为差分输入管脚的负端，与数模转换器MAX5441的输出信号经过R3和R4的分压网络后相连接；OPH为差分输出管脚的正端，与模拟比较器ADCMP553的IN+相连接；OPH为差分输出管脚的负端，与模拟比较器ADCMP553的IN+相连接。
方案中，数模转换器MAX5441的主要作用是将数字电压信号通过数模变换器DAC转换成模拟电压信号，数字示波器中该模拟电压信号称之为触发电平。用户通过调节触发电平，可以稳定显示波形，从而捕获感兴趣的信号波形，是定位故障的基础。
方案中，模拟比较器ADCMP553的主要作用是将模拟通道过来的模拟信号与数模转换器过来的触发电平进行比较，生产一个数字的触发信号，该数字的触发信号用于后续的触发电路，用于确定时间参考的零点，采集的数据波形以该时间参考的零点进行显示。其中，IN+为模拟比较器的差分输入的正端，与N1的输出端OPH相连接，同时与数字变阻器N4的W端连接；IN-为模拟比较器的差分输入的负端，与N1的输出端OPL相连接；Q+为模拟比较器的差分输出的正端，为整个触发系统的输出，同时与数字变阻器N4的A端相连接；Q-为模拟比较器的差分输出的负端，通过电阻R5接地。
方案中，数字变阻器AD5272BCPZ-100的主要作用是通过I2C接口实现对电阻的数控调节，从而改变模拟比较器的触发反馈电阻的值，实现触发灵敏度的连续可调。其中，W为数字变阻器的滑动电阻端，与N3的IN+相连接；A为数字变阻器的固定电阻端，与N3的Q+相连接；SCL和SDA为数字变阻器数字控制的时钟线和数据线，符合I2C总线接口标准，与CPU控制器的I2C总线的SCL和SDA相连接。数字变阻器AD5272BCPZ-100的最大电阻100k，具有1024个数控档位，具有100欧的阻值分辨率，标称电阻误差达到1％，其温度系数达到5ppm/℃，可以用于精密的校准就容差匹配。AD5272有双线式I2C兼容串行接口，可作为从机连接到I2C总线，受主机的控制。AD5272支持标准100kHz和快速400kHz数据传输模式。不支持10位寻址和广播寻址。AD5272各有一个7位从机地址。五个MSB为01011，两个LSB由ADDR引脚的状态决定。更改ADDR硬连线的设置允许用户将多达三个器件集成到一条总线上，双线式串行总线协议按如下方式工作：主机通过建立起始条件而启动数据传输；起始条件即为SDA线上发生高低转换而SCL处于高电平时。之后的字节是地址字节，由7位从机地址和一个R/W位组成。与发送地址对应的从机通过在第9个时钟脉冲期间拉低SDA来做出响应(这称为应答位)。在这个阶段，在选定器件等待从移位寄存器读写数据期间，总线上的所有其它器件保持空闲状态。数据按9个时钟脉冲(8个数据位和1个应答位)的顺序通过串行总线发送。SDA线上的数据转换必须发生在SCL低电平期间，并且在SCL高电平期间保持稳定。读取或写入所有数据位之后，停止条件随即建立。在写入模式下，主器件在第10个时钟脉冲期间拉高SDA线，以建立停止条件。在读取模式下，主机会向第9个时钟脉冲发送不应答(即SDA线保持高电平)。主机在第10个时钟脉冲前将SDA线拉低，然后在第10个时钟脉冲期间拉高，以建立停止条件。
方案中，CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，该嵌入式CPU具有I2C接口，可作为数字变阻器的控制器，用户通过I2C总线对数字电阻器进行控制，从而改变数字变阻器A脚与W脚之间的电阻值，从而改进了模拟比较器反馈电阻的迟滞效果，自由调节触发灵敏度。其中，SCL和SDA为I2C总线的时钟和数据线，与数字变阻器的SCL和SDA相连接。
采用上述方案具有以下优点：1)采用数字变阻器实现触发灵敏度连续可调节，调节步进小、分辨率高，电阻容差小、准确度高，控制灵活，使用方便；2)当信号中叠加了高频噪声时，用户只需要通过I2C总线数控减小数字变阻器的值就可以获得稳定的触发波形；3)当信号中不带有高频干扰信号时，用户只需要通过I2C总线数控减增加数字变阻器的值就可以获得更高的触发灵敏度特性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，由缓冲隔离放大器、数模转换器、模拟比较器、数字变阻器、CPU控制器及电阻网络组成；所述缓冲隔离放大器，用于避免模拟比较器跳变时产生的极快尖峰信号串入模拟通道；所述数模转换器，用于将数字电压信号通过数模变换器DAC转换成模拟电压信号；所述模拟比较器，用于将模拟通道过来的模拟信号与数模转换器过来的触发电平进行比较，产生一个数字的触发信号，该数字的触发信号用于后续的触发电路，用于确定时间参考的零点，采集的数据波形以该时间参考的零点进行显示；所述数字变阻器，通过I2C接口实现对电阻的数控调节，从而改变模拟比较器的触发反馈电阻的值，实现触发灵敏度的连续可调；所述CPU控制器，用于产生I2C总线的控制时序，从而控制数字变阻器；所述电阻网络，用于调节缓冲隔离放大器和模拟比较器的增益。
2.如权利要求1所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述缓冲隔离放大器INH为差分输入管脚的正端，与模拟通道过来的模拟信号经过R1和R2的分压网络后相连接；INL为差分输入管脚的负端，与数模转换器MAX5441的输出信号经过R3和R4的分压网络后相连接；OPH为差分输出管脚的正端，与模拟比较器的IN+相连接；OPH为差分输出管脚的负端，与模拟比较器ADCMP553的IN+相连接。
3.如权利要求1所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述数模转换器通过调节触发电平，用于稳定的显示波形，从而捕获感兴趣的信号波形。
4.如权利要求1所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述模拟比较器的IN+为模拟比较器的差分输入的正端，与N1的输出端OPH相连接，同时与数字变阻器N4的W端连接；IN-为模拟比较器的差分输入的负端，与N1的输出端OPL相连接；Q+为模拟比较器的差分输出的正端，为整个触发系统的输出，同时与数字变阻器N4的A端相连接；Q-为模拟比较器的差分输出的负端，通过电阻R5接地。
5.如权利要求1所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述数字变阻器中W为数字变阻器的滑动电阻端，与N3的IN+相连接；A为数字变阻器的固定电阻端，与N3的Q+相连接；SCL和SDA为数字变阻器数字控制的时钟线和数据线，符合I2C总线接口标准，与CPU控制器的I2C总线的SCL和SDA相连接。
6.如权利要求5所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述数字变阻器的最大电阻100k，具有1024个数控档位，具有100欧的阻值分辨率，标称电阻误差达到1％，其温度系数达到5ppm/℃。
7.如权利要求1所述的数字示波器触发灵敏度连续可调的电路，其特征在于，所述CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，该嵌入式CPU具有I2C接口，作为数字变阻器的控制器，通过I2C总线对数字电阻器进行控制，从而改变数字变阻器A脚与W脚之间的电阻值，自由调节触发灵敏度，其中，SCL和SDA为I2C总线的时钟和数据线，与数字电阻器的SCL和SDA相连接。
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