CN110702978A - 一种小信号上直流偏置电压测量装置及方法 - Google Patents

一种小信号上直流偏置电压测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明主要公开了一种小信号上直流偏置电压测量电路及方法，本发明将待测信号中的交直流信号分离，幅度较小的交流信号进行放大后测量，确保交流信号的测试精度；而直流偏置信号通过直流信号采集器进行直接采样，并测量幅值，当直流偏置信号幅度较大时，则利用直流信号可调衰减器进行衰减处理后，再通过ADC采样并测量幅值，这种测试方法即可以提升直流偏置信号的测试精度，同时也增加了直流偏置信号的测试范围；同时，本发明所述的方法是一种直接测量模式，可以实现交流小信号上的直流偏置电压测量范围更大，测试精度更高。

Description

一种小信号上直流偏置电压测量装置及方法
技术领域
本发明涉及测试测量技术领域，特别涉及一种小信号上直流偏置电压测量装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
数字存储示波器等时域信号分析设备在对交流小信号进行分析处理时，还需要对信号上的直流偏置电压具有良好的测试能力。现有的测试方法是通过调节放大器来调节输入端的直流电平，使调节端的直流电压逼近信号输入端的直流电压，通过计算此时调节端的电压值，实现直流偏置电压的测量，上述方式属于间接测量模式，测试时需要测试者观察并判断输入信号是否具有直流偏置，因此，测试精度受人为因素影响较大，造成测试精度极低；其次，其可以测试的直流偏置范围由放大器的动态范围决定，取决于放大器的正负工作电压，为了实现交流小信号的测试，特别是高频信号的测试，这个放大器的动态范围通常设置的比较小，因此，上述测试方法，直流偏置电压的测量范围较小。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种小信号上直流偏置电压测量装置及方法，本发明将信号中的交直流信号分离，幅度较小的交流信号进行放大后测量，确保交流信号的测试精度；而直流偏置信号通过直流信号采集器进行直接采样，并测量幅值，当直流偏置信号幅度较大时，则先进行衰减处理，再测量幅值，这种测试方法即可以提升直流偏置信号的测试精度，同时也增加了直流偏置信号的测试范围；本发明所述的方法是一种直接测量模式，可以实现交流小信号上的直流偏置电压测量范围更大，测试精度更高。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种小信号上直流偏置电压测量装置，包括交直流信号分离装置、交流信号放大器、交流信号采集器ADC1、直流信号采集器ADC2以及信号分析处理单元，其中：
所述交直流信号分离装置用于将待测信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理，再通过交流信号采集器ADC1进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述直流偏置信号经过直流信号采集器ADC2进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
优选的，所述小信号上直流偏置电压测量装置，还包括直流信号衰减器，所述衰减器接收交直流信号分离装置分离出的直流偏置信号，并在所述直流偏置信号的幅值超过预设阈值时进行衰减控制。
优选的，所述直流信号衰减器为直流信号可调衰减器，用于对直流偏置信号的灵活调节。
一种小信号上直流偏置电压测量方法，包括以下步骤：
测试信号通过交直流信号分离装置将输入信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理；
经过放大处理后的交流信号通过交流信号采集器ADC1进行采样；
所述直流偏置信号通过直流信号采集器ADC2进行采样；
经过采样后的交流信号利用信号分析处理单元中的交流信号处理模块进行分析处理；
经过采样后的直流偏置信号利用信号分析处理单元中的直流偏置信号处理模块进行分析处理。
优选的，所述小信号上直流偏置电压测量方法，当直流偏置信号的幅值超过设定的预设阈值时，经过交直流信号分离装置分离出的直流偏置信号需要经过直流信号衰减器进行衰减后，再利用直流信号采集器ADC2进行采样。
优选的，所述直流信号衰减器为直流信号可调衰减器，用于对直流偏置信号的灵活调节。
一种数字存储示波器，使用上述小信号上直流偏置电压测量方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提出一种将待测信号中交直流信号分离，幅度较小的交流信号可以进行放大后测量，确保交流信号的测试精度；
(2)本发明中直流偏置信号通过直流信号采集器进行直接采样后测量，当直流偏置信号幅度较大时，可以先衰减，再通过采集器进行采样后测量，这种测试方法既可以提升直流偏置信号的测试精度，同时也增加了直流偏置信号的测试范围；
(3)本发明所述的方法是一种直接测量模式，可以实现交流小信号上的直流偏置电压的直接测量，其测量范围更大，测试精度更高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是传统直流偏置的测量装置结构示意图；
图2是带有直流偏置电压的交流信号幅频示意图；
图3是传统直流偏置的测量装置去除直流偏置的交流信号幅频示意图；
图4是本发明直流偏置电压测量装置结构示意图；
图5是本发明直流偏置电压测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
现有高速小信号上直流偏置电压的测量装置如图1-3所示，一个带有直流偏置V1的交流信号Vin，从放大器的信号输入端输入，同时在放大器的调节输入端输入调节电压Vt，所述调节电压通过数模转换器DAC和放大器组成的电路进行设置，当放大器的输出端信号Vout中的直流偏置电压V1低于特定阈值时，即Vt≈V1时，Vt为测试信号中的直流偏置电压值，上述高速小信号上直流偏置电压的测量方法属于间接测量方式，测试时，需要测试者观察并判断输出信号是否有直流偏置，因此测试精度低；其次，可以测试的直流偏置电压范围由放大器的动态范围决定，取决于放大器的正负工作电压，为了实现交流小信号的测试，特别是高频信号的测试，这个放大器的动态范围都比较小，因此，上述方法直流偏置电压的测试范围较小。
下面结合附图和实施例对本发明的装置结构及方法进行详细说明。
本发明的实施例提供了一种小信号上直流偏置电压测量装置，包括交直流信号分离装置、交流信号放大器、交流信号采集器ADC1、直流信号采集器ADC2以及信号分析处理单元，其中：
所述交直流信号分离装置用于将待测信号分离为交流信号Vout1和直流偏置信号Vout2；
为了使交流信号特征更明显，所述交流信号Vout1经过交流信号放大器进行放大处理，再通过交流信号采集器ADC1进行采样，提取Vout1中的显著信号，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述直流偏置信号Vout2经过直流信号采集器ADC2进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述信号分析处理单元包括交流信号处理模块和直流偏置信号处理模块，所述交流信号处理模块用于对交流信号采集器ADC1采样的交流信号进行分析处理，所述直流偏置信号处理模块用于对直流信号采集器ADC2采样的直流偏置信号进行分析系处理。
本发明提供了一种小信号上直流偏置电压测量装置的另一种实施方式，如图4所示，包括交直流信号分离装置、交流信号放大器、直流信号可调衰减器、交流信号采集器ADC1、直流信号采集器ADC2以及信号分析处理单元，其中：
所述交直流信号分离装置用于将待测信号分离为交流信号Vout1和直流偏置信号Vout2；
为了使交流信号特征更明显，所述交流信号Vout1经过交流信号放大器进行放大处理，再通过交流信号采集器ADC1进行采样，提取Vout1中的显著信号，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述直流偏置信号Vout2的幅值信号超过预设阈值时，先经过直流信号可调衰减器进行衰减控制，再经过直流信号采集器ADC2进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述信号分析处理单元包括交流信号处理模块和直流偏置信号处理模块，所述交流信号处理模块用于对交流信号采集器ADC1采样的交流信号进行分析处理，所述直流偏置信号处理模块用于对直流信号采集器ADC2采样的直流偏置信号进行分析系处理。
相应的，本发明的实施例还提供了一种小信号上直流偏置电压测量方法，包括以下步骤：
测试信号通过交直流信号分离装置将输入信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理；
经过放大处理后的交流信号通过交流信号采集器ADC1进行采样；
所述直流偏置信号通过直流信号采集器ADC2进行采样；
经过采样后的交流信号利用信号分析处理单元中的交流信号处理模块进行分析处理；
经过采样后的直流偏置信号利用信号分析处理单元中的直流偏置信号处理模块进行分析处理。
本发明提供了一种小信号上直流偏置电压测量方法的另一实施方式，如图5所示，包括以下步骤：
测试信号通过交直流信号分离装置将输入信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理；
经过放大处理后的交流信号通过交流信号采集器ADC1进行采样；
所述直流信号经过直流信号可调衰减器进行衰减控制；
经过衰减的直流偏置信号通过直流信号采集器ADC2进行采样；
经过采样后的交流信号利用信号分析处理单元中的交流信号处理模块进行分析处理；
经过采样后的直流偏置信号利用信号分析处理单元中的直流偏置信号处理模块进行分析处理。
最后，本发明的实施例提供了一种数字存储示波器，利用了上述小信号上直流偏置电压测量方法，具体步骤如下：
一带有直流偏置信号V1的交流信号，通过交直流分离装置分离为交流信号Vout1和直流偏置信号Vout2(Vout2＝V1)；交流信号Vout1先经过交流信号放大器进行放大处理，再通过交流信号采集器ADC1采样操作，最后通过数字存储示波器的信号分析处理单元完成交流信号的特性测试与分析，并进行显示；所述直流偏置信号会根据信号的大小，利用直流信号可调衰减器进行适当的衰减，衰减后的直流信号变为V1’(V1’＝V1/N)，进一步利用直流信号采集器ADC2进行采样操作，最后通过数字存储示波器的信号分析处理单元完成直流信号的特性测试与分析，本发明所述方法，由于可以对直流信号进行衰减再通过信号采样器ADC直接采样测试，这样就可以大大增加直流偏置电压的测量范围，而通过信号采样器ADC进行电压值测试，可以使直流电压值的测试精度得到提升。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种小信号上直流偏置电压测量装置，其特征是：包括交直流信号分离装置、交流信号放大器、交流信号采集器ADC1、直流信号采集器ADC2以及信号分析处理单元，其中：
所述交直流信号分离装置用于将待测信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理，再通过交流信号采集器ADC1进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理；
所述直流偏置信号经过直流信号采集器ADC2进行采样，最后传递到信号分析处理单元进行处理。
2.如权利要求1所述的一种小信号上直流偏置电压测量装置，其特征是:还包括直流信号衰减器，所述衰减器接收交直流信号分离装置分离出的直流偏置信号，并在所述直流偏置信号的幅值超过预设阈值时进行衰减控制，再通过直流信号采集器ADC2进行采样后进行分析处理。
3.如权利要求2所述的一种小信号上直流偏置电压测量装置，其特征是：
所述直流信号衰减器为直流信号可调衰减器，用于对直流偏置信号的灵活调节。
4.如权利要求2所述的一种小信号上直流偏置电压测量装置，其特征是：所述预设阈值根据用户的实际需求进行设定。
5.一种小信号上直流偏置电压测量方法，其特征是：包括以下步骤：
测试信号通过交直流信号分离装置将输入信号分离为交流信号和直流偏置信号；
所述交流信号经过交流信号放大器进行放大处理；
经过放大处理后的交流信号通过交流信号采集器ADC1进行采样；
所述直流偏置信号通过直流信号采集器ADC2进行采样；
经过采样后的交流信号利用信号分析处理单元中的交流信号处理模块进行分析处理；
经过采样后的直流偏置信号利用信号分析处理单元中的直流偏置信号处理模块进行分析处理。
6.如权利要求5所述的一种小信号上直流偏置电压测量方法，其特征是：
所述直流偏置信号的幅值超过预设阈值时，经过交直流信号分离装置分离出的直流偏置信号需要经过直流信号衰减器进行衰减后，再利用直流信号采集器ADC2进行采样。
7.如权利要求5所述的一种小信号上直流偏置电压测量方法，其特征是：
所述直流信号衰减器为直流信号可调衰减器，用于对直流偏置信号的灵活调节。
8.如权利要求5所述的一种小信号上直流偏置电压测量方法，其特征是：所述预设阈值根据用户的实际需求进行设定。
9.一种数字存储示波器，其特征是：
所述数字存储示波器利用了如权利要求5-8任一所述的一种小信号上直流偏置电压测量方法。
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