CN113075439A - 一种数字示波器的输入阻抗保护电路、方法和数字示波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数字示波器的输入阻抗保护电路，包括信号连接端、分压电路、电压钳位电路、真有效值转换电路、预设值设置电路、比较电路、开关控制电路和匹配电阻开关电路。输入阻抗保护电路用于对待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，断开预设的数字示波器的第一输入匹配电阻与待处理信号的连接。由于依据待处理信号与预设待比较信号进行比较的结果来控制数字示波器的信号输入匹配电阻，使得低阻值的信号输入匹配电阻得到保护，降低数字示波器的故障率，进而提高产品的稳定性。

Description

一种数字示波器的输入阻抗保护电路、方法和数字示波器

技术领域

本发明涉及数字示波器技术领域，具体涉及一种数字示波器的输入阻抗保护电路、方法和数字示波器。

背景技术

数字示波器是设计、制造和维修电子设备不可或缺的工具，现在的示波器多以数字示波器为主，因具有波形触发、存储、显示、测量、分析等功能而日益普及，随着科技及市场需求的快速发展，数字示波器被认为是工程师们的眼睛，其将作为一种必要的工具而用来应对工程师们的测量挑战。尤其在电子电路开发过程中，需经常使用示波器调试和测量，测量精度越来越高，对示波器的性能要求也越来越高。现有示波器通过存储器、中央处理器（CPU）、可编程逻辑器件以及其外部器件来实现信号数据的采样、映射和显示，包括采样模块、数据预处理模块、采集控制模块和数据处理单元、数据映射单元、波形图形产生单元和显示屏；采样模块对信号数据进行采样，并将采样后的数据输入数据预处理模块中进行模拟信号数据和数字信号数据之间的延迟调整，再通过采集控制模块对信号数据进行采集和存储，数据处理单元对采集到的各通道信号数据进行处理，然后由数据映射单元将处理后的数据信号映射为二维波形数据并存入外部存储器(QDR)中，颜色转换单元将外部存储器(QDR)中的数据转换为RGB图形数据，接着显示单元再将波形数据与CPU生成的屏幕网格、菜单等数据进行合并处理，最后送给显示屏进行显示。数字示波器的模拟信号输入前端会具有阻抗匹配功能，由用户根据应用环境选择1MΩ（高输入阻抗时）或者50Ω（低输入阻抗时）的输入阻抗模式，一般通过开关继电器的开关来切换。50Ω输入阻抗由输入端和地之间的一个50Ω电阻组成，根据电阻的功率公式P=U²/R可知，加载上面的电压越大，功率越大。当用户不熟悉示波器操作、不清楚被测信号大小或误操作，会在50Ω阻抗下输入一个大电压信号，当输入阻抗电阻长时间工作时，因电阻自身发热，很容易被烧毁，且烧毁后数字示波器只能返厂维修，增加客户对数字示波器产品稳定性的质疑度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是数字示波器的输入阻抗电阻易被烧毁的技术问题。

根据第一方面，本发明提供了一种输入阻抗保护电路，包括：

信号连接端，用于输入所述数字示波器的待处理信号；

分压电路，用于对所述待处理信号进行幅度分压；

真有效值转换电路，用于将幅度分压后的所述待处理信号的波形幅度转换为波形幅度有效值信号；

预设值设置电路，用于输出一预设电压值的待比较信号；

比较电路，用于对所述波形幅度有效值信号和所述待比较信号的电压值进行比较；当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，输出匹配电阻切换信号；

开关控制电路，用于响应所述匹配电阻切换信号输出开关控制电信号；

匹配电阻开关电路，用于响应所述开关控制电信号将预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻连接或断开所述信号连接端。

一实施例中，输入阻抗保护电路还包括电压钳位电路，连接在所述分压电路与所述真有效值转换电路之间；所述电压钳位电路用于对幅度分压减少后的所述待处理信号进行电压钳制保护。

一实施例中，所述电压钳位电路包括钳位保护连接端、二极管D121和二极管D122；

所述钳位保护连接端连接在所述分压电路与所述真有效值转换电路之间；

二极管D121的一端与所述钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第一保护电压源的输入；

二极管D122的一端与所述钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第二保护电压源的输入。

一实施例中，所述分压电路包括第一连接端、第二连接端、电阻R111、电阻R112、电容C111和电容C112；

所述分压电路的第一连接端与所述信号连接端连接；

所述分压电路的第二连接端用于输出幅度分压后的所述待处理信号；

电阻R111的一端与所述分压电路的第一连接端连接，另一端与所述分压电路的第二连接端连接；

电容C111的一端与所述分压电路的第一连接端连接，另一端与所述分压电路的第二连接端连接；

电阻R112的一端与所述分压电路的第二连接端连接，另一端接地；

电容C112的一端与所述分压电路的第二连接端连接，另一端接地。

一实施例中，所述真有效值转换电路包括RMS/DC转换器；所述RMS/DC转换器的输入端用于幅度分压后的所述待处理信号的输入，所述RMS/DC转换器的输出端用于输出波形幅度有效值信号；和/或，所述RMS/DC转换器包括AD8436芯片。

一实施例中，所述比较电路包括比较器U2，比较器U2的正输入端与所述真有效值转换电路连接，比较器U2的负输入端与所述预设值设置电路连接，比较器U2的输出端与所述开关控制电路连接；

和/或，所述开关控制电路包括电阻R161、电阻R162和晶体管Q1；电阻R162的一端与所述比较电路连接，另一端与晶体管Q1的控制极连接；电阻R161的一端与晶体管Q1的控制极连接，另一端与晶体管Q1的第一极连接；晶体管Q1的第二极与所述匹配电阻开关电路连接，晶体管Q1的第一极用于第一开关控制电源的输入；

和/或，所述预设值设置电路包括电阻R151和电阻R152；电阻R151的一端用于第一预设电压源的输入，另一端与所述比较电路连接；电阻R152的一端与所述比较电路连接，另一端接地；

和/或，所述匹配电阻开关电路包括电阻R171和开关S1；

开关S1包括第一连接端子、第二连接端子和开关控制端子；所述开关控制端子与所述开关控制电路连接，所述开关控制端子用于响应所述开关控制电信号断开或连接所述第一连接端子和第二连接端子的连接；所述第一连接端子与所述信号连接端连接；电阻R171的一端与所述第二连接端子连接，另一端接地，电阻R171用于作为预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻。

根据第二方面，本发明提供了一种数字示波器，包括:

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于对所述数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的所述数字波形信号得到第一波形，再通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；所述中央处理单元依次设置所述第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用所述第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码；所述中央处理单元还用于判断当前设置的所述第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的所述偏置编码；

数模转换器，用于将改变后的所述偏置编码转化为模拟信号；

偏置调节电路，用于接收模拟信号的所述偏置编码，并依据所述偏置编码输出模拟偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形；

输入阻抗保护电路，用于对所述待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将所述波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，断开预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻与所述待处理信号的连接。

一实施例中，所述输入阻抗保护电路还用于当所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，向所述中央处理单元发送输入未过压指示信号；所述中央处理单元还用于当接收到所述输入未过压指示信号时，通过所述数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为所述第一输入匹配电阻；

和/或，所述输入阻抗保护电路还用于当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，向所述中央处理单元发送输入过压指示信号；所述中央处理单元还用于当接收到所述输入过压指示信号时，通过所述数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为第二输入匹配电阻；其中，所述第二输入匹配电阻的阻值大于所述第一输入匹配电阻的阻值。

根据第三方面，本发明提供了一种数字示波器的输入阻抗保护方法，包括：

将输入所述数字示波器的待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号；

将所述波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较；

当所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，将第一输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第一输入匹配电阻的阻值；

当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，将第二输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第二输入匹配电阻的阻值；所述第二输入匹配电阻的阻值大于所述第一输入匹配电阻的阻值。

一实施例中，所述的输入阻抗保护方法还包括：

当所述数字示波器的信号输入匹配电阻为所述第二输入匹配电阻，且所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，将所述第一输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第一输入匹配电阻的阻值。

在上述实施例提供的一种数字示波器的输入阻抗保护方法，由于依据待处理信号与预设待比较信号进行比较的结果来控制数字示波器的信号输入匹配电阻，使得低阻值的信号输入匹配电阻得到保护，降低数字示波器的故障率，进而提高产品的稳定性。

附图说明

图1为一种数字示波器的结构示意图；

图2为一种实施例中数字示波器的结构示意图；

图3为一种实施例中输入阻抗保护电路的结构示意图；

图4为一种实施例中输入阻抗保护电路的电路连接示意图；

图5为一种实施例中AD8436芯片电路连接示意图；

图6为一种实施例中输入阻抗保护方法的流程示意图；

图7为另一种实施例中输入阻抗保护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，为一种数字示波器的结构示意图，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14、显示器15、数模转换器16、偏置调节电路17、阻抗变换网络18、匹配电阻开关电路19和第一输入匹配电阻20。其中，衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减调节，来调整电路中信号的大小，最终输出第一调节信号。这里输入的信号可以是模拟信号，那么输出的第一调节信号同样是模拟信号。衰减网络11可以有一倍衰减、十倍衰减、几十倍衰减到一百倍衰减，这里不做限制。由于衰减网络11是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。这里的可调增益放大器12又称可变增益放大器（VGA），其主要作用是调节信号的放大倍数，例如对于电压为1mV的第一调节信号，若可调增益放大器的增益是1000，则输出的第二调节信号的电压为1V。可调增益放大器12起到一个细调作用，其放大倍数可为零点几倍、几十倍、几百倍、几千倍不等，这里不做限制。由于可调增益放大器12是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。模数转换器13又称ADC，用于对第二调节信号进行模数转换，以输出信号的数字波形数据。由于模数转换器13是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。控制器14与模数转换器13连接，控制器14包括波形处理单元141和中央处理单元142，波形处理单元141用于对数字波形信号进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一波形。显示器15与控制器14连接，用于显示第一波形。中央处理单元142可以是CPU等运算处理器件，中央处理单元142通过模数转换器16与偏置调节电路17连接，中央处理单元142依次设置信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个第一配置值改变信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，将改变后的偏置编码通过数模转换器16发送给偏置调节电路，以使得偏置调节电路16根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将第二配置值复位。示波器的前端电路都是模拟信号，数模转换器16用于将数字信号偏置编码转换为模拟信号后输出给偏置调节电路17。偏置调节电路17用于响应于第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号。由于偏置调节电路17是数字示波器中常用的数字信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。阻抗变换网络18与衰减网络11、可调增益放大器12和偏置调节电路17连接，用于利用偏置调节电路17产生的多个模拟偏置电压信号对衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至可调增益放大器12，以使得可调增益放大器12对新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得模数转换器13对新的第二调节信号进行模数转换后输出信号的新的数字波形数据。波形处理单元141可以是FPGA等可编程逻辑处理器件。中央处理单元142还与可调增益放大器12连接，用于对可调增益放大器的增益进行配置。该中央处理单元142还用于生成信号的波形的配置菜单（这里的配置菜单可以包括状态栏、网络等项目），且将该配置菜单发送至波形处理单元141，以使得波形处理单元141将配置菜单与信号的波形进行显示叠加，得到显示叠加数据。那么，中央处理单元141还用于将显示叠加数据发送至显示器以进行显示。待处理信号从BNC接口进入数字示波器1的模拟前端，当选择1M欧姆输入阻抗时，50欧姆阻抗开关断开，即匹配电阻开关电路19断开第一输入匹配电阻20和输入信号的连接，其中，第一输入匹配电阻20为50欧姆电阻。当选择50欧姆输入阻抗时，匹配电阻开关电路19的开关合上，50欧姆电阻和输入信号接上，实现50欧姆的输入阻抗。匹配电阻开关电路19的开关一般是信号继电器，开关的合上和断开受中央处理单元142控制。为了防止在50欧姆输入阻抗模式下输入大电压信号烧坏电阻，数字示波器厂家会在技术手册说明50欧姆输入阻抗的操作方法。还在50欧姆输入阻抗模式下，限制最大电压档位，例如限制至1V/div。即使采取了各种措施，依然会存在误操作的情况下，把50欧姆电阻烧坏，需要用户送回工厂维修。对用户来说，时间成本高，还可能承担一定的维修费用。对于工厂来说，虽然更换电阻简单，但拆机后必须重新校正和测试，维修成本也不低。

在本申请实施例中，公开了一种数字示波器的输入阻抗保护电路，包括信号连接端、分压电路、电压钳位电路、真有效值转换电路、预设值设置电路、比较电路、开关控制电路和匹配电阻开关电路。输入阻抗保护电路用于对待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，断开预设的数字示波器的第一输入匹配电阻与待处理信号的连接。由于依据待处理信号与预设待比较信号进行比较的结果来控制数字示波器的信号输入匹配电阻，使得低阻值的信号输入匹配电阻得到保护，降低数字示波器的故障率，进而提高产品的稳定性。

下面将结合实施例对本申请的技术方案做具体说明。

实施例一

请参考图2，为一种实施例中数字示波器的结构示意图，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制器14、显示器15、数模转换器13、偏置调节电路17、阻抗变换网络18和输入阻抗保护电路10。其中，衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。模数转换器13用于对第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号。控制器14包括波形处理单元和中央处理单元，波形处理单元141用于对数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的数字波形信号得到第一波形，再通过数字示波器1的显示器15显示第一波形。中央处理单元142依次设置第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码。中央处理单元142还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的偏置编码。数模转换器16用于将改变后的偏置编码转化为模拟信号。偏置调节电路17用于接收模拟信号的偏置编码，并依据偏置编码输出模拟偏置电压信号。阻抗变换网络18用于将第一调节信号和模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号。可调增益放大器12对第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号。模数转换器16用于对第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的数字波形信号。波形处理单元141还用于依据偏置调节后的数字波形信号获取第二波形，并通过数字示波器的显示器15显示第二波形。输入阻抗保护电路10用于对待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，断开预设的数字示波器的第一输入匹配电阻与待处理信号的连接。一实施例中，输入阻抗保护电路10还用于当波形幅度有效值信号的电压值不大于待比较信号的电压值时，向中央处理单元142发送输入未过压指示信号，中央处理单元142还用于当接收到输入未过压指示信号时，通过数字示波器1的显示器15显示输入匹配电阻为第一输入匹配电阻。一实施例中，输入阻抗保护电路10还用于当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，向中央处理单元142发送输入过压指示信号。中央处理单元142还用于当接收到输入过压指示信号时，通过数字示波器1的显示器15显示输入匹配电阻为第二输入匹配电阻，其中，第二输入匹配电阻的阻值大于第一输入匹配电阻。

请参考图3，为一种实施例中输入阻抗保护电路的结构示意图，输入阻抗保护电路包括信号连接端INPUT、分压电路110、真有效值转换电路130、预设值设置电路150、比较电路140、开关控制电路160和匹配电阻开关电路170。其中，信号连接端INPUT，用于输入数字示波器的待处理信号。分压电路110用于对待处理信号进行幅度分压。真有效值转换电路130用于将幅度分压后的待处理信号的波形幅度转换为波形幅度有效值信号。预设值设置电路150用于输出一预设电压值的待比较信号。比较电路140用于对波形幅度有效值信号和待比较信号的电压值进行比较。当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，输出匹配电阻切换信号。开关控制电路160用于响应匹配电阻切换信号输出开关控制电信号。匹配电阻开关电路170用于响应开关控制电信号将预设的数字示波器1的第一输入匹配电阻连接或断开信号连接端INPUT。一实施例中，输入阻抗保护电路还包括电压钳位电路120，连接在分压电路110与真有效值转换电路130之间。电压钳位电路120用于对幅度分压减少后的待处理信号进行电压钳制保护。

请参考图4，为一种实施例中输入阻抗保护电路的电路连接示意图，电压钳位电路120包括钳位保护连接端、二极管D121和二极管D122。钳位保护连接端连接在分压电路110与真有效值转换电路130之间。二极管D121的一端与钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第一保护电压源VCC的输入。二极管D122的一端与钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第二保护电压源VEE的输入。一实施例中，第一保护电压源VCC为正电压源，第二保护电压源VEE为负电压源。二极管D121和二极管D122组成电压钳位电路，使幅度分压后的所述待处理信号在真有效值转换电路的额定输入范围内。

分压电路110包括第一连接端、第二连接端、电阻R111、电阻R112、电容C111和电容C112。分压电路110的第一连接端与信号连接端INPUT连接。分压电路110的第二连接端用于输出幅度分压后的待处理信号。电阻R111的一端与分压电路110的第一连接端连接，另一端与分压电路110的第二连接端连接。电容C111的一端与分压电路110的第一连接端连接，另一端与分压电路110的第二连接端连接。电阻R112的一端与分压电路110的第二连接端连接，另一端接地。电容C112的一端与分压电路110的第二连接端连接，另一端接地。电阻R111、电阻R112、电容C111和电容C112组成分压电路，电阻R111和电阻R112是低频信号通过的路径，电容C111和电容C112是高频路径。分压公式为：

V_INPUT=V_{INPUT_RMS}*（w*C112||R112）/[（w*C112||R112）+（w*C111||R111）];

其中，w=2πf，f是输入信号的频率，而且C111*R111=C112*R112。为了不影响通道的输入阻抗50欧姆和1M欧姆的输入阻抗，R111+R112理论上应大于1M欧姆。实际工程应用上R111+R112应大于5M欧姆。

真有效值转换电路130包括RMS/DC转换器，RMS/DC转换器的输入端用于幅度分压后的待处理信号的输入，RMS/DC转换器的输出端用于输出波形幅度有效值信号。一实施例中，RMS/DC转换器包括AD8436芯片，请参考图5，为一种实施例中AD8436芯片电路连接示意图。AD8436内部就有输入缓冲器，输入缓冲器具有极高的输入阻抗，对前面分压电路的影响忽略不计。其中5脚是输入缓冲器的正向输入端，负向输入端4脚和输出端3脚连在一起，组成一个单位增益的正向放大器。经过输入缓冲输出端到RMS转换输入引脚2，转换后的信号在引脚9输出。AD8436同时具有输出缓冲器，因为引脚9的输出阻抗较大，需要利用AD8436内部的输出缓冲器降低输出压降，转换后的电压连接输出缓冲器的正向输入端引脚12，输出缓冲器的负向输入端和输出端，实际输出缓冲器是单位增益的正向放大器。电容C3是均值电容，电容C3的选择会影响RMS转换的精度，一般选择10uF的电容。电容C4和电容C5是AD8436正负电源的滤波电容。经过RMS/DC转换器U1输出的有效值OUTPUT_RMS和BNC输入信号的有效值BNCINPUT_RMS满足以下关系：

BNCINPUT_RMS=A*OUTPUT_RMS;

其中A=(（w*C112||R112）+（w*C111||R111）)/（w*C112||R112），w=2πf。

比较电路140包括比较器U2，比较器U2的正输入端与真有效值转换电路130连接，比较器U2的负输入端与预设值设置电路150连接，比较器U2的输出端与开关控制电路160连接。RMS/DC转换器U1转换后的波形幅度有效值信号输出到比较器U2的输入端3脚，比较器U2可以是LM393芯片。

开关控制电路160包括电阻R161、电阻R162和晶体管Q1。电阻R162的一端与比较电路140连接，另一端与晶体管Q1的控制极连接。电阻R161的一端与晶体管Q1的控制极连接，另一端与晶体管Q1的第一极连接。晶体管Q1的第二极与匹配电阻开关电路170连接，晶体管Q1的第一极用于第一开关控制电源VCC_SWICH的输入。

预设值设置电路150包括电阻R151和电阻R152。电阻R151的一端用于第一预设电压源VCC0的输入，另一端与比较电路140连接。电阻R152的一端与比较电路140连接，另一端接地。电阻R151和电阻R152组成预设值设置电路，根据电阻分压的方式设置预设值，预设值设置电路输出到比较器U2的参考端引脚2，当引脚3的电压比引脚2的电压高时，比较器U2输出高电平，反之输出低电平。其中，预设值设置电路中输出电压V_PRESET为：

V_PRESET=VCC0*R152/(R151+R152)；

等效到BNC输入端有效值的预设值V_{PRESET_BNC}还需要换算，换算关系如下：

V_{PRESET_BNC}=V_PRESET*A；

其中，A=(（w*C112||R112）+（w*C111||R111）)/（w*C112||R112）。

匹配电阻开关电路170包括电阻R171和开关S1。开关S1包括第一连接端子、第二连接端子和开关控制端子。开关控制端子与开关控制电路160连接，开关控制端子用于响应开关控制电信号断开或连接第一连接端子和第二连接端子的连接。第一连接端子与信号连接端INPUT连接。电阻R171的一端与第二连接端子连接，另一端接地，电阻R171用于作为预设的数字示波器的第一输入匹配电阻。

一实施例中，输入阻抗保护电路还包括控制器第一连接端CONTROL1，控制器第一连接端CONTROL1用于与数字示波器的控制器连接，控制器第一连接端CONTROL1与比较器U2的输出端连接。控制器第一连接端CONTROL1用于当波形幅度有效值信号的电压值不大于待比较信号的电压值时，向控制器发送输入未过压指示信号，当控制器接收到输入未过压指示信号时，通过数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为第一输入匹配电阻。控制器第一连接端CONTROL1还用于当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，向控制器发送输入过压指示信号，当控制器接收到输入过压指示信号时，通过数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为第二输入匹配电阻。一实施例中，输入阻抗保护电路还包括控制器第二连接端CONTROL2，控制器第二连接端CONTROL2用于和控制器连接，控制器第二连接端CONTROL2与开关S1的开关控制端子连接。控制器第二连接端CONTROL2用于当数字示波器的信号输入匹配电阻为第二输入匹配电阻，且波形幅度有效值信号的电压值不大于待比较信号的电压值时，响应控制器输出的一控制连接信号，将第一连接端子和第二连接端子的连接，以将第一输入匹配电阻作为数字示波器的信号输入匹配电阻。

如图4所示，在本申请实施例中，分压电路把输入的待处理信号的幅度分压减小，防止大信号直接输入真有效值转换电路，分压电路可以采用电阻分压。为了进一步保护，在输入真有效值转换电路之前还增加电压钳位电路，电压钳位电路采用的是二极管钳位。真有效值转换电路输出转换后的波形幅度有效值信号给比较电路的正输入端，预设值设置电路输出预设电压值的待比较信号到比较电路的负输入端。其中，真有效值转换电路应用有效值转换IC（芯片AD8436）,也可以由分离元件搭建。预设值设置电路可以是电阻分压电路，根据两个分压电阻大小设定预设值，也可以由DAC搭建，由处理器配置DAC的码字从而设定预设值。比较电路由比较器LM393搭建。比较电路输出匹配电阻切换信号分别输出到开关控制电路和控制器。开关控制电路响应匹配电阻切换信号输出开关控制电信号,匹配电阻开关电路响应开关控制电信号将预设的数字示波器的第一输入匹配电阻连接或断开信号连接端。其中，第一输入匹配电阻为50欧姆。一实施例中，当比较器U2输出匹配电阻切换信号，控制器第一连接端CONTROL1输出高电平时代表“关”命令，此时晶体管Q1不导通；控制器第一连接端CONTROL1输出低电平时代表“开”命令，此时晶体管Q1导通。控制器第二连接端CONTROL2是控制器送来的开关控制信号，低电平代表“开”命令，高电平代表“关”命令。为了进一步说明开关控制电路的原理，下面一段先说明50欧姆阻抗开关的工作的原理。开关S1为50欧姆阻抗开关，可以是信号继电器，R172是50欧姆电阻。开关S1的引脚1,8是继电器的线圈，引脚1,8没有电压差时，开关S1处于第一状态，引脚6与引脚7相连，引脚6与引脚5断开，此时数字示波器的输入阻抗是1M欧姆。当引脚1和引脚8有足够的电压差时，卡关S1切换到第二状态，引脚6与引脚7断开，引脚6与引脚5相连，此时数字示波器的输入阻抗是50欧姆。

一实施例中，输入阻抗保护电路的工作过程包括：

当数字示波器的BNC接口输入的待处理信号比预设值小时，比较电路输出低电平，即“开”命令，晶体管Q1导通，开关S1引脚1的电压接近V_{VCC_SWICH}，且V_{VCC_SWICH}大于开关S1吸合的电压差。如果此时控制器输出的开关控制电信号是低电平，即“开”命令，开关S1的引脚8的电压接近0，此时开关S1处于第二状态。如果此时控制器输出的开关控制电信号是高电平（电压等于或接近V_{VCC_SWICH}），即“关”命令，开关S1的引脚8的电压接近V_{VCC_SWICH}，此时开关S1处于第一状态。当BNC接口输入的待处理信号比预设值大时，比较电路输出高电平，即“关”命令，晶体管Q1不导通，开关S1引脚1的和V_{VCC_SWICH}不接通，无论开关控制电信号是高还是低，开关S1都是处于第一状态。

输入阻抗保护电路实现50欧姆输入阻抗保护的过程包括：

当因误操作或其它原因输入大于预设值电压的待处理信号时，控制器输出的开关控制电信号是“开”命令，因为BNC接口没有信号输入，比较电路输出的开关控制电信号也是“开”命令，开关S1处于第一状态。当输入大于预设值电压时，比较电路输出的开关控制电信号也是“关”命令，开关S1迅速切换到第二状态，从而保护了50欧姆输入阻抗电阻。由电阻的焦耳定律可得，即使电阻两端有大电压，但时间足够短，电阻的温度也不会升高太多，电阻不会烧坏。由此通过以上方法，可以在用户误操作的情况下防止50欧姆电阻烧坏。

在本申请实施例中，输入阻抗保护电路包括信号连接端、分压电路、电压钳位电路、真有效值转换电路、预设值设置电路、比较电路、开关控制电路和匹配电阻开关电路。输入阻抗保护电路用于对待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，断开预设的数字示波器的第一输入匹配电阻与待处理信号的连接。由于依据待处理信号与预设待比较信号进行比较的结果来控制数字示波器的信号输入匹配电阻，使得低阻值的信号输入匹配电阻得到保护，降低数字示波器的故障率，进而提高产品的稳定性。

实施例二

请参考图6，为一种实施例中输入阻抗保护方法的流程示意图，该输入阻抗保护方法用于对数字示波器的输入匹配阻抗电阻进行保护，包括：

步骤110，获取待处理信号的波形有效值信号。

将输入数字示波器的待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号。

步骤120，与预设待比较信号进行比较。

将波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较。

步骤130，依据比较结果切换输入匹配电阻。

当波形幅度有效值信号的电压值不大于待比较信号的电压值时，将第一输入匹配电阻作为数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为第一输入匹配电阻的阻值。

当波形幅度有效值信号的电压值大于待比较信号的电压值时，将第二输入匹配电阻作为数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为第二输入匹配电阻的阻值。其中，第二输入匹配电阻的阻值大于第一输入匹配电阻的阻值。

当数字示波器的信号输入匹配电阻为第二输入匹配电阻，且波形幅度有效值信号的电压值不大于待比较信号的电压值时，将第一输入匹配电阻作为数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为第一输入匹配电阻的阻值。

实施例三

请参考图7，为另一种实施例中输入阻抗保护方法的流程示意图，将输入阻抗模式设置Impedance_ModeSet，包括：

Impedance_ModeSet=1是1M欧姆模式设置；

Impedance_ModeSet=0是50欧姆模式设置；

初始值Impedance_ModeSet=1，由用户和/或系统默认设定。

输入阻抗保护电路依据第一控制信号CONTROL1命令控制50欧姆输入阻抗的连接或断开。其中，CONTROL1=1是“开”命令，CONTROL1=0是“关”命令，并将一路输出指令发送给处理器。

处理器输出第二控制信号CONTROL2，CONTROL2=1是“开”命令，CONTROL2=0是“关”命令。

将输入阻抗模式设置Impedance_State，包括：

Impedance_State=1是1M欧姆模式；

Impedance_State=0是50欧姆模式；

初始值Impedance_State=1，由系统设定。另外，输入阻抗是否切换到50欧姆模式，不由Impedance_ModeSet决定，由Impedance_State决定。

该输入阻抗保护方法包括：

处理器读取Impedance_ModeSet的状态，判断Impedance_ModeSet的值是否为0。当Impedance_ModeSet的值不为0时，处理器输出第二控制信号CONTROL2=0，Impedance_State=1，则显示阻抗模式显示为“1M”。

当Impedance_ModeSet的值为0时，处理器读取CONTROL1状态。当CONTROL1的值不为0时，处理器输出CONTROL2=1，Impedance_ModeSet=0，切换50欧姆输入阻抗模式成功，显示输入阻抗模式为“50Ω”。当CONTROL1的值为0时，处理器输出第二控制信号CONTROL2=0，Impedance_State=1，切换50欧姆输入阻抗模式失败，显示阻抗输入阻抗模式为“1M”,并弹出相关警告信息，另设置Impedance_State=1后结束运行。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种数字示波器的输入阻抗保护电路，其特征在于，包括：

信号连接端，用于输入所述数字示波器的待处理信号；

分压电路，用于对所述待处理信号进行幅度分压；

真有效值转换电路，用于将幅度分压后的所述待处理信号的波形幅度转换为波形幅度有效值信号；

预设值设置电路，用于输出一预设电压值的待比较信号；

比较电路，用于对所述波形幅度有效值信号和所述待比较信号的电压值进行比较；当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，输出匹配电阻切换信号；

开关控制电路，用于响应所述匹配电阻切换信号输出开关控制电信号；

匹配电阻开关电路，用于响应所述开关控制电信号将预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻连接或断开所述信号连接端。

2.如权利要求1所述的输入阻抗保护电路，其特征在于，还包括电压钳位电路，连接在所述分压电路与所述真有效值转换电路之间；所述电压钳位电路用于对幅度分压减少后的所述待处理信号进行电压钳制保护。

3.如权利要求2所述的输入阻抗保护电路，其特征在于，所述电压钳位电路包括钳位保护连接端、二极管D121和二极管D122；

所述钳位保护连接端连接在所述分压电路与所述真有效值转换电路之间；

二极管D121的一端与所述钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第一保护电压源的输入；

二极管D122的一端与所述钳位保护连接端连接，另一端用于预设的第二保护电压源的输入。

4.如权利要求1所述的输入阻抗保护电路，其特征在于，所述分压电路包括第一连接端、第二连接端、电阻R111、电阻R112、电容C111和电容C112；

所述分压电路的第一连接端与所述信号连接端连接；

所述分压电路的第二连接端用于输出幅度分压后的所述待处理信号；

电阻R111的一端与所述分压电路的第一连接端连接，另一端与所述分压电路的第二连接端连接；

电容C111的一端与所述分压电路的第一连接端连接，另一端与所述分压电路的第二连接端连接；

电阻R112的一端与所述分压电路的第二连接端连接，另一端接地；

电容C112的一端与所述分压电路的第二连接端连接，另一端接地。

5.如权利要求1所述的输入阻抗保护电路，其特征在于，所述真有效值转换电路包括RMS/DC转换器；所述RMS/DC转换器的输入端用于幅度分压后的所述待处理信号的输入，所述RMS/DC转换器的输出端用于输出波形幅度有效值信号。

6.如权利要求1所述的输入阻抗保护电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器U2，比较器U2的正输入端与所述真有效值转换电路连接，比较器U2的负输入端与所述预设值设置电路连接，比较器U2的输出端与所述开关控制电路连接；

所述开关控制电路包括电阻R161、电阻R162和晶体管Q1；电阻R162的一端与所述比较电路连接，另一端与晶体管Q1的控制极连接；电阻R161的一端与晶体管Q1的控制极连接，另一端与晶体管Q1的第一极连接；晶体管Q1的第二极与所述匹配电阻开关电路连接，晶体管Q1的第一极用于第一开关控制电源的输入；

所述预设值设置电路包括电阻R151和电阻R152；电阻R151的一端用于第一预设电压源的输入，另一端与所述比较电路连接；电阻R152的一端与所述比较电路连接，另一端接地；

所述匹配电阻开关电路包括电阻R171和开关S1；

开关S1包括第一连接端子、第二连接端子和开关控制端子；所述开关控制端子与所述开关控制电路连接，所述开关控制端子用于响应所述开关控制电信号断开或连接所述第一连接端子和第二连接端子的连接；所述第一连接端子与所述信号连接端连接；电阻R171的一端与所述第二连接端子连接，另一端接地，电阻R171用于作为预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻。

7.一种数字示波器，其特征在于，包括：

衰减网络，用于对输入所述数字示波器的待处理信号进行衰减调节，以获取第一调节信号；

可调增益放大器，用于对所述第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号；

模数转换器，用于对所述第二调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号；

控制器，包括波形处理单元和中央处理单元；所述波形处理单元用于对所述数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的所述数字波形信号得到第一波形，再通过所述数字示波器的显示器显示所述第一波形；所述中央处理单元依次设置所述第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用所述第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码；所述中央处理单元还用于判断当前设置的所述第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的所述偏置编码；

数模转换器，用于将改变后的所述偏置编码转化为模拟信号；

偏置调节电路，用于接收模拟信号的所述偏置编码，并依据所述偏置编码输出模拟偏置电压信号；

阻抗变换网络，用于将所述第一调节信号和所述模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第三调节信号；所述可调增益放大器对所述第三调节信号进行放大调节，以输出第四调节信号；所述模数转换器用于对所述第四调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的所述数字波形信号；所述波形处理单元还用于依据偏置调节后的所述数字波形信号获取第二波形，并通过所述数字示波器的显示器显示所述第二波形；

输入阻抗保护电路，用于对所述待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号，并将所述波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较，以当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，断开预设的所述数字示波器的第一输入匹配电阻与所述待处理信号的连接。

8.如权利要求7所述的数字示波器，其特征在于，所述输入阻抗保护电路还用于当所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，向所述中央处理单元发送输入未过压指示信号；所述中央处理单元还用于当接收到所述输入未过压指示信号时，通过所述数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为所述第一输入匹配电阻；

所述输入阻抗保护电路还用于当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，向所述中央处理单元发送输入过压指示信号；所述中央处理单元还用于当接收到所述输入过压指示信号时，通过所述数字示波器的显示器显示输入匹配电阻为第二输入匹配电阻；其中，所述第二输入匹配电阻的阻值大于所述第一输入匹配电阻的阻值。

9.一种数字示波器的输入阻抗保护方法，其特征在于，包括：

将输入所述数字示波器的待处理信号进行幅度分压后的波形幅度转换为波形幅度有效值信号；

将所述波形幅度有效值信号与一预设待比较信号进行比较；

当所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，将第一输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第一输入匹配电阻的阻值；

当所述波形幅度有效值信号的电压值大于所述待比较信号的电压值时，将第二输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第二输入匹配电阻的阻值；所述第二输入匹配电阻的阻值大于所述第一输入匹配电阻的阻值。

10.如权利要求9所述的输入阻抗保护方法，其特征在于，还包括：

当所述数字示波器的信号输入匹配电阻为所述第二输入匹配电阻，且所述波形幅度有效值信号的电压值不大于所述待比较信号的电压值时，将所述第一输入匹配电阻作为所述数字示波器的信号输入匹配电阻，并显示信号输入匹配电阻的阻值为所述第一输入匹配电阻的阻值。

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