CN108169531A - 一种新型衰减网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型衰减网络，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一模块；所述A端口通过第一电阻与信号输入端连接；所述B端口通过第二电阻与电源地连接；所述W端口与信号输入端连接；所述第一电容的两端分别连接信号输入端和信号输出端；所述第二电容的两端分别与信号输出端和电源地连接；本发明将数字电位器嵌入第一电阻与第二电阻之间，通过自举升压单元为数字电位器提供恒定电压；为了正常驱动数字电位器，本发明还引入双向隔离的隔离器作为驱动芯片，外部控制端通过隔离器可以十分方便地控制数字电位器，从而调整内部可调电阻滑动端的位置，获得比现有技术更好的效果。本发明还具有结构简单、成本低、调节方便的优点。

Description

一种新型衰减网络

技术领域

本发明涉及示波器领域，尤其涉及一种在示波器内用于衰减被测量信号的幅度的新型衰减网络。

背景技术

现有示波器的内部电路板一般采用无源衰减网络来衰减被测量信号的幅度，其基本原理是电阻分压法。如图1所示，由于示波器有1M输入阻抗的要求，所以分压电阻阻值都较大，由于放大器及PCB都会有无法避免的寄生电容，会严重影响示波器的带宽，所以要加入电容，补偿其带宽。根据其传递函数，可以求得当C1/(C2+Cadj)＝R2/R1时，极点零点相互抵消，使得带宽平坦。其中Cadj为可调电容，其存在是为了匹配寄生电容的不同和实体电容器精度问题。目前现有的可调电容都是机械调节式的，不能通过程序进行调节，必须人工调节，如果人工调节则必须在安装屏蔽壳之前进行调节，但是屏蔽壳本身又会产生一定的寄生电容，所以即使安装屏蔽壳之前调节好，待装上屏蔽壳后由于寄生电容的加入会使之前的调节效果发生变化，最终影响示波器对信号的测量，降低其测量精度。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够程控补偿带宽的新型衰减网络。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种新型衰减网络，该衰减网络的组成主要包括用于低频分压的第一电阻和第二电阻、用于高频分压的第一电容和第二电容、以及用于调节低频分量的第一模块。所述第一模块包括A、B、W三个端口。所述A端口通过第一电阻与信号输入端连接。所述B端口通过第二电阻与电源地(GND)连接。所述W端口与信号输入端连接。所述第一电容的两端分别连接信号输入端和信号输出端。所述第二电容的两端分别与信号输出端和电源地连接。

具体的，所述第一模块主要包括可调节电阻阻值的第一芯片、为第一芯片提供恒定电压的自举升压单元、以及用于控制第一芯片的第四芯片。而所述自举升压单元主要包括运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容、第四电容、以及稳压芯片。所述第一芯片的电阻端(即可调电阻的两端及滑动端)分别与A、B、W三端相连。所述运算放大器的同向输入端与B端相连，反向输入端分别与输出端和第五电阻的一端相连。所述第五电阻的另一端分别与第一芯片的接地端和参考地(GND0)相连，并通过第四电容和第六电阻分别与电源地和稳压芯片的调整端连接。所述稳压芯片的输出端分别与第一芯片的电压输入端和VDD端相连，并通过第三电容和第七电阻分别与电源地和稳压芯片的调整端连接。所述稳压芯片的电压输入端与VCC端连接。

具体的，由于第一芯片连接参考地，该参考地与电源地存在压差，并不是同一电平，所以为了使第一芯片能够被正常驱动，本发明所述第四芯片的输入端电压与VCC端连接，输入端地与电源地连接，输入端数据线与外部数据线连接。所述第四芯片的输出端电压与VDD端连接，输出端地与参考地连接，输出端数据线与第一芯片的数据输入端连接。第四芯片充当隔离作用，将参考地与电源地两套不同的电压系统实施隔离并实现驱动，使衰减网络得以稳定、可靠地运行。

作为本发明的优选方案，为了获得比调节电容(传统方案)更好的效果，本发明通过对第一芯片的内部可调电阻进行调节，使(R2+Rwb)/(R1+Rwa)＝C1/C2，其中，Rwb为W端与B端之间的电阻，Rwa为W端与A端之间的电阻。该调节通过外部控制端与第一芯片之间的数据通信来实现，而不必像传统方法那样靠手工调节，整个调节过程简单、方便、不产生寄生电容，显著提高了调节衰减网络参数的效率。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片的输出端与调整端之间的压差为1.25V。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片的输出端与参考地之间的压差为3V。

作为本发明的优选方案，本发明所述第六电阻与第七电阻的阻值之比为1.4。

作为本发明的优选方案，为了提高本方案的通用性，本发明所述VCC采用10V电压。该电压值为常用电压，适用于多种应用电路，该电压值的取值有利于对旧电路进行改进和改造，降低改造难度、节省时间并能够有效提高改造的效率。

作为本发明的优选方案，所述第一芯片采用型号为AD5258的数字电位器。该数字电阻器具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点，可在许多领域取代机械电位器。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片采用功率稳定性好、精度高、效率高、型号为LM1117的线性稳压器。

作为本发明的优选方案，所述第四芯片采用低功耗、双向隔离的I2C总线型号为ADUM1250的隔离器。该隔离器件具有隔离耐压高、使用方便、电路简单、封装小等优点，十分适合本发明使用。

本发明的工作过程和原理是：本发明将数字电位器嵌入第一电阻与第二电阻之间，通过自举升压单元为数字电位器提供恒定的电压，而为了正常驱动数字电位器，本发明还引入双向隔离的隔离器作为驱动芯片，外部控制端通过隔离器可以十分方便地控制数字电位器，从而调整内部可调电阻滑动端的位置，获得比传动调节电容方式更好的效果。本发明还具有结构简单、成本低、调节方便的优点。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的新型衰减网络采用数字电位器自动调节的方式代替传统手工调节，避免了人工调节的不可控性和不一致性，同时也加快了生产效率，降低生产成本。

(2)本发明所提供的新型衰减网络采用调节电阻的方式代替调节电容方式，避免调节后安装屏蔽壳影响调节效果的现象发生，从而获得更好的调节效果。

(3)本发明所提供的新型衰减网络采用双向隔离的隔离器作为驱动芯片，既能兼容两套不同电压的供电系统并将其隔离开来，又能实现数字电位器的正确驱动，提高衰减网络运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是现有无源衰减网络的电路原理图。

图2是本发明所提供的新型衰减网络的电路原理图。

图3是本发明所提供的第一模块内部电路原理图。

上述附图中的标号说明：

R1-第一电阻，R2-第二电阻，C1-第一电容，C2-第二电容；

U1-第一芯片，U2-运算放大器，U3-稳压芯片，U4-第四芯片，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，C3-第三电容，C4-第四电容；

GND-电源地，GND0-参考地。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图2和图3所示，本发明公开了一种新型衰减网络，该衰减网络的组成主要包括用于低频分压的第一电阻R1和第二电阻R2、用于高频分压的第一电容C1和第二电容C2、以及用于调节低频分量的第一模块(即模块A)。所述第一模块包括A、B、W三个端口。所述A端口通过第一电阻R1与信号输入端连接。所述B端口通过第二电阻R2与电源地GND(GND)连接。所述W端口与信号输入端连接。所述第一电容C1的两端分别连接信号输入端和信号输出端。所述第二电容C2的两端分别与信号输出端和电源地GND连接。

具体的，所述第一模块主要包括可调节电阻阻值的第一芯片U1、为第一芯片U1提供恒定电压的自举升压单元、以及用于控制第一芯片U1的第四芯片U4。而所述自举升压单元主要包括运算放大器U2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第四电容C4、以及稳压芯片U3。所述第一芯片U1的电阻端(即可调电阻的两端及滑动端)分别与A、B、W三端相连。所述运算放大器U2的同向输入端与B端相连，反向输入端分别与输出端和第五电阻R5的一端相连。所述第五电阻R5的另一端分别与第一芯片U1的接地端和参考地GND0(GND0)相连，并通过第四电容C4和第六电阻R6分别与电源地GND和稳压芯片U3的调整端连接。所述稳压芯片U3的输出端分别与第一芯片U1的电压输入端和VDD端相连，并通过第三电容C3和第七电阻R7分别与电源地GND和稳压芯片U3的调整端连接。所述稳压芯片U3的电压输入端与VCC端连接。

具体的，由于第一芯片U1连接参考地GND0，该参考地GND0与电源地GND存在压差，并不是同一电平，所以为了使第一芯片U1能够被正常驱动，本发明所述第四芯片U4的输入端电压与VCC端连接，输入端地与电源地GND连接，输入端数据线与外部数据线连接。所述第四芯片U4的输出端电压与VDD端连接，输出端地与参考地GND0连接，输出端数据线与第一芯片U1的数据输入端连接。第四芯片U4充当隔离作用，将参考地GND0与电源地GND两套不同的电压系统实施隔离并实现驱动，使衰减网络得以稳定、可靠地运行。

作为本发明的优选方案，为了获得比调节电容(传统方案)更好的效果，本发明通过对第一芯片U1的内部可调电阻进行调节，使(R2+Rwb)/(R1+Rwa)＝C1/C2，其中，Rwb为W端与B端之间的电阻，Rwa为W端与A端之间的电阻。该调节通过外部控制端与第一芯片U1之间的数据通信来实现，而不必像传统方法那样靠手工调节，整个调节过程简单、方便、不产生寄生电容，显著提高了调节衰减网络参数的效率。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片U3的输出端与调整端之间的压差为1.25V。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片U3的输出端与参考地GND0之间的压差为3V。

作为本发明的优选方案，本发明所述第六电阻R6与第七电阻R7的阻值之比为1.4。

作为本发明的优选方案，为了提高本方案的通用性，本发明所述VCC采用10V电压。该电压值为常用电压，适用于多种应用电路，该电压值的取值有利于对旧电路进行改进和改造，降低改造难度、节省时间并能够有效提高改造的效率。

作为本发明的优选方案，所述第一芯片U1采用型号为AD5258的数字电位器。该数字电阻器具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点，可在许多领域取代机械电位器。

作为本发明的优选方案，本发明所述稳压芯片U3采用功率稳定性好、精度高、效率高、型号为LM1117的线性稳压器。

作为本发明的优选方案，所述第四芯片U4采用低功耗、双向隔离的I2C总线型号为ADUM1250的隔离器。该隔离器件具有隔离耐压高、使用方便、电路简单、封装小等优点，十分适合本发明使用。

本发明的工作过程和原理是：本发明将数字电位器嵌入第一电阻R1与第二电阻R2之间，通过自举升压单元为数字电位器提供恒定的电压，而为了正常驱动数字电位器，本发明还引入双向隔离的隔离器作为驱动芯片，外部控制端通过隔离器可以十分方便地控制数字电位器，从而调整内部可调电阻滑动端的位置，获得比传动调节电容方式更好的效果。本发明还具有结构简单、成本低、调节方便的优点。

实施例2：

如图2和图3所示，本发明公开了一种用于示波器上的新型衰减网络，本发明通过数字电位器来对电阻分压比进行微调，将数字电位器两端接入到衰减电阻中，中间抽头连接到电容和后级电路上，这样就可以程序控制数字电位器来改变两端电阻，同时由于数字电位器的特性，Rwa+Rwb是值是固定的，所以这就保证了衰减网络的输入电阻不会随着数字电位器的调节而变化。数字电位器的分压效果产生两个电阻Rwa、Rwb。通过调节，使得

(R2+Rwb)/(R1+Rwa)＝C1/C2。等式成立，即可实现与调节电容相同效果。

同时为了保证数字电位器的输入范围和线性度，其电源要采用特殊的方式处理，采用自举升压的方式。将数字电位器的低端信号引出，将其直流成分提取出来。通过运算放大器U2组成的电压跟随器将信号的直流成分反馈到U1的接地引脚上，使U1的GND0始终与U1的B引脚电压相同。同时该信号也反馈到线性稳压器U3的反馈电阻R6上。形成差分信号，用此来驱动数字电位器。根据第三IC U3的电压输出特性可得公式

Vout＝GND0+(R6+R7)*(Vout-Vadj)/R7,而LM1117的Vout-Vadj为固定电压1.25V，所以公式可整理为Vout-GND0＝1.25*(1+R6/R7)。这里使得R6/R7＝1.4，从而使Vout-GND0＝3V。从而形成一个恒定压差的电压源，其以U1的B引脚上的电压为基准，恒定为3V。

由于此时AD5258的参考地GND0与系统地GND并不是同一电平，而是存在这压差的，为了使其能够被正常驱动，本发明采用ADI的I2C隔离器ADUM1250来驱动AD5258的I2C通讯引脚。

为了更好地理解本发明所提供的方案，下面对衰减网络的内部电路及工作过程和原理进行详细说明：

1、信号由Input输入到第一电容C1和第一电阻R1中，由此信号分为高频路径和低频路径两条路径。

2、高频路径由第一电容C1和第二电容C2组成，信号的高频成分经过第一电容C1与第二电容C2的分压后通过Output端口输出系统。

3、低频路径由第一电阻R1、第二电阻R2、第一IC U1组成。信号的低频部分经过第一电阻R1流入第一IC U1的A端。在第一IC U1内，信号分为两条路径，一条经由端口B流出，B端口同时连接到第二电阻R2和第二IC U2，通过第二电阻R2流入大地。另一条路径经由端口W连接到端口Output，与高频路径相会，最终流出系统。

4、B端口连接到第二IC U2，经过U2的放大后连接到第5电阻R5，信号经由第五电阻R5，连接到第四电容C4、第六电阻R6和第一IC U1的GND引脚。信号交流部分被第四电容C4旁路到地。直流部分有两条路径，一条由第六电阻R6连接到第三IC U3的ADJ引脚和第七电阻R7，另一条流入到第一IC U1的GND引脚，作为数字电位器的虚拟地GND0，同时也连接到第四IC U4的GND1引脚。

5、电源VCC_10V经由第三IC U3的Vin引脚，注入到第三IC U3中。经由第三IC U3降压后通过第三IC U3的Vout引脚输出。Vout引脚电压连接到第一IC U1的电源引脚VDD上，为其供电，同时连接到第四IC U4的VDD1引脚上。通过通过第三电容C3将交流信号旁路到大地，通过第七电阻R7反馈回第三IC U3的ADJ引脚。

6、第四IC U4的SDA1、SCL1引脚分别与第一IC U1的SDA、SCL引脚相连。

7、第四IC U4的SDA2、SCL2引脚分别与外部控制系统的SDA、SCL引脚相连。

8、第四IC U4的VDD2通过VCC供电，GND1与系统地相连。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型衰减网络，其特征在于，包括用于低频分压的第一电阻和第二电阻、用于高频分压的第一电容和第二电容、以及用于调节低频分量的第一模块；所述第一模块包括A、B、W三个端口；所述A端口通过第一电阻与信号输入端连接；所述B端口通过第二电阻与电源地连接；所述W端口与信号输入端连接；所述第一电容的两端分别连接信号输入端和信号输出端；所述第二电容的两端分别与信号输出端和电源地连接；

所述第一模块包括可调节电阻阻值的第一芯片、为第一芯片提供恒定电压的自举升压单元、以及用于控制第一芯片的第四芯片；所述自举升压单元包括运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第三电容、第四电容、以及稳压芯片；所述第一芯片的电阻端分别与A、B、W三端相连，所述运算放大器的同向输入端与B端相连，反向输入端分别与输出端和第五电阻的一端相连；所述第五电阻的另一端分别与第一芯片的接地端和参考地相连，并通过第四电容和第六电阻分别与电源地和稳压芯片的调整端连接；所述稳压芯片的输出端分别与第一芯片的电压输入端和VDD端相连，并通过第三电容和第七电阻分别与电源地和稳压芯片的调整端连接；所述稳压芯片的电压输入端与VCC端连接；

所述第四芯片的输入端电压与VCC端连接，输入端地与电源地连接，输入端数据线与外部数据线连接；所述第四芯片的输出端电压与VDD端连接，输出端地与参考地连接，输出端数据线与第一芯片的数据输入端连接。

2.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，通过对第一芯片进行调节，使

(R2+Rwb)/(R1+Rwa)＝C1/C2

其中，Rwb为W端与B端之间的电阻，Rwa为W端与A端之间的电阻。

3.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述稳压芯片的输出端与调整端之间的压差为1.25V。

4.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述稳压芯片的输出端与参考地之间的压差为3V。

5.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述第六电阻与第七电阻的阻值之比为1.4。

6.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述VCC采用10V电压。

7.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述第一芯片采用型号为AD5258的数字电位器。

8.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述稳压芯片采用型号为LM1117的线性稳压器。

9.根据权利要求1所述的新型衰减网络，其特征在于，所述第四芯片采用I2C总线型号为ADUM1250的隔离器。