CN113098442A - 一种四通道示波器及带宽、偏移调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四通道示波器及带宽、偏移调节电路，包括：第一通道、第二通道、第三通道和第四通道；所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道上侧分别对应着调节通道纵坐标幅度的第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮；所述第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮上侧依次对应设有第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键；所述第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键上侧分别对应设置有第一偏移调节旋钮、第二偏移调节旋钮、第三偏移调节旋钮和第四偏移调节旋钮，能够通过调节偏移将波形图调制到屏幕中间。

Description

一种四通道示波器及带宽、偏移调节电路

技术领域

本发明涉及一种测量技术领域，具体为一种四通道示波器及带宽、偏移调节电路。

背景技术

示波器作为广泛使用的电子测量仪器，往往容易出现如下问题：一方面波形图无法准确的调制，会出现偏移现象，容易导致观察和记录出现误差；另一方面，考虑到电路芯片的价格成本和实现的功能，目前市场上同比价格成本的示波器只能够实现200M-300M的带宽。

现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四通道示波器及带宽、偏移调节电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

一方面，本发明提供如下技术方案一种四通道示波器，包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道；

所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道上侧分别对应着调节通道纵坐标幅度的第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮；

所述第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮上侧依次对应设有第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键；

所述第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键上侧分别对应设置有第一偏移调节旋钮、第二偏移调节旋钮、第三偏移调节旋钮和第四偏移调节旋钮。

另方面，本发明提供一种带宽、偏移调节电路，包括：阻抗输入调节电路、衰减电路、偏移调节电路和带宽调节电路。

所述阻抗调节电路由低阻抗输入端、控制开关、衰减电路和高阻抗输入端组成；

所述低阻抗输入端采用50欧姆的低阻抗输入，且高阻抗输入端采用1M欧姆的高阻抗输入；

所述低阻抗输入端一端通过耦接控制开关连通高阻抗输入端，当控制开关断开时，阻抗输入调节电路采用高阻抗1M欧姆输入，当控制开关闭合时，阻抗输入调节电路采用低阻抗50欧姆输入，

所述衰减电路加载于高阻抗输入端的前端，由继电器和串联分压电路组成。

所述偏移调节电路，包括控制偏移的DAC、调节偏移幅度大小的电阻RF、叠加偏移量的电阻RG以及放大偏移的运放U1，所述运放U1的正向输入端加载阻抗输入调节电路，且运放U1的反向输入端加载DAC控制端，电阻RF作为运放U1的反馈电阻与电阻RG的比是固定比。

所述阻抗输入调节电路的输出端通过耦接BUF电连接带宽调节电路，由于带宽调节电路所需的阻抗较低，所以在输入调节电路与带宽调节电路之间设有BUF增加驱动能力的同时，将高阻抗转换为低阻抗满足带宽调节电路低阻抗的需求；

优选的，所述带宽调节电路可以是500M带宽电路，且所述500M带宽电路包括四个档位切换开关和放大器，且每相邻的两个档位切换开关之间分别设有分压电阻R1、R2和R3，分压电阻的阻值大小决定每个档位切换开关的输出电压的大小，所述四个档位切换开关的输出端均耦接放大器，且放大器的输出端通过耦接ADC电连接FPGA；

优选的，所述BUF的最大带宽为2G，ADC的最大带宽为2G，500M带宽电路所提供的带宽为500M，所以在整个电路中最终能够实现500M的输出带宽，在同样的价格成本下，不但实现了档位开关的智能选择，而且将带宽提升至500M，有效的满足了用户的需求。

优选的，所述档位切换开关根据设置分压电阻不同阻值的大小对BUF输出端的电压进行分压而输出不同的电压值，分压比需要满足R3/(R1+R2+R3)＝1/5,且(R3+R2)/(R1+R2+R3)＝1/2。

优选的，所述带宽调节电路还可以是800M带宽电路，所述800M带宽电路包括用于输出控制的VGA1，该VGA1具有800M带宽，且VGA1的输出端通过耦接ADC电连接FPGA，FPGA通过控制ADC对VGA1的输出进行操作，ADC采样后，FPGA可选择性的控制VGA1输出1mv、2mv、5mv或10mv，更加智能化，经过测量最终的带宽输出为800M。

优选的，所述带宽调节电路还可以是2G带宽电路，该2G带宽电路包括单端转差分运放U3和带宽为4.5G的VGA2，该单端转差分运放U3的正向输入端加载有共模电压，且反向输入端加载BUF的单端输入，且输出端将单端信号转差分信号通过VGA2传输给ADC采样，所述单端转差分运放U3的带宽为8G，ADC的带宽为2G，经过测量最终带宽输出达到2G。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明工作流程框图示意图；

图3为本发明衰减电路的电路图；

图4为本发明500M带宽整体电路图；

图5为本发明800M带宽整体电路图；

图6为本发明2G带宽整体电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，一方面，本发明提供如下技术方案一种四通道示波器，包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，且所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道上侧分别对应着调节通道纵坐标幅度的第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮，所述第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮上侧依次对应设有第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键，且所述第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键上侧分别对应设置有第一偏移调节旋钮、第二偏移调节旋钮、第三偏移调节旋钮和第四偏移调节旋钮。

第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮分别用于调节第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的纵坐标幅度，调节一次、二次、三次和四次所对应调节纵坐标幅度的变化分别为1mv、2mv、5mv和10mv，通过调节将波形图调节在屏幕中间，便于观察和记录波形；当第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键被按下后，通过第一偏移调节旋钮、第二偏移调节旋钮、第三偏移调节旋钮和第四偏移调节旋钮分别对应调节第一通道、第二通道、第三通道和第四通道的偏移大小。

参考图2，另方面，本发明提供一种带宽、偏移调节电路，包括：阻抗输入调节电路、衰减电路、偏移调节电路和带宽调节电路。

参考图4,、图5和图6，所述阻抗调节电路由低阻抗输入端、控制开关、衰减电路和高阻抗输入端组成；

所述低阻抗输入端采用50欧姆的低阻抗输入，且高阻抗输入端采用1M欧姆的高阻抗输入；所述低阻抗输入端一端通过耦接控制开关连通高阻抗输入端，当控制开关断开时，阻抗输入调节电路采用高阻抗1M欧姆输入，当控制开关闭合时，阻抗输入调节电路采用低阻抗50欧姆输入；之所以采用50欧姆的低阻抗输入和1M欧姆的高阻抗输入，是因为经过反复的对输入信号的幅峰值进行测量，采用1M欧姆的高阻抗输入测量的幅峰值刚好是50欧姆的低阻抗输入的幅峰值的2倍；例如采用50欧姆的低阻抗输入测量一个信号的幅峰值为200mV，采用1M欧姆的高阻抗输入测量的幅峰值为400mV；

参考图3，所述衰减电路加载于高阻抗输入端的前端，由继电器和串联分压电路组成，当测量输入的电压很小，不会对后续电路造成损坏无需对信号进行衰减，则将继电器转换成直通档位，直接进行阻抗匹配，当测量输入的电压过大，防止后续电路因大电压受到损坏，将继电器转换成衰减档位，通过衰减电路将输入电压先衰减50倍，小电压便于调节和放大，后续再通过FPGA控制VGA或者运放对信号进行放大到适当的范围即可。

参考图4,、图5和图6，偏移调节电路包括控制偏移的DAC、调节偏移幅度大小的电阻RF、叠加偏移量的电阻RG以及放大偏移的运放U1，所述运放U1的正向输入端加载阻抗输入调节电路，且运放U1的反向输入端加载DAC控制端，电阻RF作为运放U1的反馈电阻，电阻RF与电阻RG的比是固定的，在调节偏移时，先通过调节电阻RF与电阻RG的比初步固定化调节偏移量，再经过DAC加载一个新的偏移，通过运放U1对偏移进行进一步放大后，能够有效的满足偏移调节的需求。

所述阻抗输入调节电路的输出端通过耦接BUF电连接带宽调节电路，由于带宽调节电路所需的阻抗较低，所以在输入调节电路与带宽调节电路之间设有BUF增加驱动能力的同时，将高阻抗转换为低阻抗满足带宽调节电路低阻抗的需求；

参考图4，所述带宽调节电路可以是500M带宽电路，且所述500M带宽电路包括四个档位切换开关和放大器，且每相邻的两个档位切换开关之间分别设有分压电阻R1、R2和R3，分压电阻的阻值大小决定每个档位切换开关的输出电压的大小，且分压比需要满足分压电阻R3与R1、R2和R3之和的比等于1/5，且分压电阻R3与分压电阻R2之和与分压电阻R1、R2和R3之和的比等于1/5，所述四个档位切换开关的输出端均耦接放大器，且放大器的输出端通过耦接ADC电连接FPGA；为了满足整个电路对带宽的需求，所述BUF的最大带宽为2G，ADC的最大带宽为2G，500M带宽电路所提供的带宽为500M，所以在整个电路中最终能够实现500M的输出带宽，在同样的价格成本下，不但实现了档位开关的智能选择，而且将带宽提升至500M，有效的满足了用户的需求；所述500M带宽电路还包括一逻辑控制端，该逻辑控制端由两个控制端口组成，FPGA通过控制ADC对逻辑控制端置数“0”或“1”选择打开任一档位切换开关，例如逻辑控制端由A0和A1两个控制端口组成，当A0、A1置“00”则打开第一档位切换开关，当A0、A1置“01”则打开第二档位切换开关，当A0、A1置“10”则打开第三档位切换开关，当A0、A1置“11”则打开第四档位切换开关；

所述档位切换开关根据设置分压电阻不同阻值的大小对BUF输出端的电压进行分压而输出不同的电压值，分压比需要满足R3/(R1+R2+R3)＝1/5,且(R3+R2)/(R1+R2+R3)＝1/2，例如将分压电阻R1、R2和R3的阻值分别设为250欧姆、150欧姆、100欧姆，则四个档位切换开关输出的电压值为1mv、2mv、5mv和10mv，选择适当的档位切换开关输出的电压值为了将示波器显示屏中的波形选择在显示屏中间，当波形幅度过大，在显示屏中无法观察到全波形，则选择电压值大的档位切换开关将波形缩小；当波形幅度过小，在显示屏中无法观察到每个单位的波形图时，则选择电压值小的档位切换开关将波形放大。

参考图5，所述带宽调节电路还可以是800M带宽电路，所述800M带宽电路包括用于输出控制的VGA1，该VGA1具有800M带宽，且VGA1的输出端通过耦接ADC电连接FPGA，FPGA通过控制ADC对VGA1的输出进行操作，ADC采样后，FPGA可选择性的控制VGA1输出1mv、2mv、5mv或10mv，更加智能化，经过测量最终的带宽输出为800M。

参考图6，所述带宽调节电路还可以是2G带宽电路，该2G带宽电路包括单端转差分运放U3和带宽为4.5G的VGA2，该单端转差分运放U3的正向输入端加载有共模电压，且反向输入端加载BUF的单端输入，且输出端将单端信号转差分信号通过VGA2传输给ADC采样，所述单端转差分运放U3的带宽为8G，ADC的带宽为2G，经过测量最终带宽输出达到2G。

考虑功能和价格成本，根据测量信号的带宽需求选择使用不同的带宽调节电路，可供选择的带宽调节电路既能够满足功能需求，又能够控制成本。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。

Claims (10)

1.一种四通道示波器，其特征在于，包括：第一通道、第二通道、第三通道和第四通道；

所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道上侧分别对应设置调节通道纵坐标幅度的第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮；

所述第一调节旋钮、第二调节旋钮、第三调节旋钮和第四调节旋钮上侧依次对应设有第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键；

所述第一通道切换按键、第二通道切换按键、第三通道切换按键和第四通道切换按键上侧分别对应设置有调节偏移的第一偏移调节旋钮、第二偏移调节旋钮、第三偏移调节旋钮和第四偏移调节旋钮。

2.一种带宽、偏移调节电路，其特征在于，包括：阻抗输入调节电路、衰减电路、偏移调节电路和带宽调节电路。

所述阻抗调节电路由低阻抗输入端、控制开关、衰减电路和高阻抗输入端组成；

所述低阻抗输入端采用50欧姆的低阻抗输入，且高阻抗输入端采用1M欧姆的高阻抗输入；

所述衰减电路加载于高阻抗输入端的前端，由继电器和串联分压电路组成；

所述偏移调节电路，包括控制偏移的DAC、调节偏移幅度大小的电阻RF、叠加偏移量的电阻RG以及放大偏移的运放U1；

所述阻抗输入调节电路的输出端通过耦接BUF电连接带宽调节电路。

3.根据权利要求2所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述低阻抗输入端一端通过耦接控制开关连通高阻抗输入端；且，

当控制开关断开时，阻抗输入调节电路采用高阻抗1M欧姆输入，当控制开关闭合时，阻抗输入调节电路采用低阻抗50欧姆输入。

4.根据权利要求2所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述运放U1的正向输入端加载阻抗输入调节电路，且运放U1的反向输入端加载DAC控制端。

5.根据权利要求2所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述带宽调节电路包括一500M带宽电路；

所述500M带宽电路包括四个档位切换开关和放大器，且每相邻的两个档位切换开关之间分别设有分压电阻R1、R2和R3；

所述四个档位切换开关的输出端均耦接放大器，且放大器的输出端通过耦接ADC电连接FPGA。

6.根据权利要求5所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：BUF的最大带宽为2G，ADC的最大带宽为2G，500M带宽电路能够实现500M的输出带宽。

7.根据权利要求5所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述档位切换开关通过设置分压电阻不同阻值的大小，对BUF输出端的电压进行分压而输出不同的电压值，且分压比满足R3/(R1+R2+R3)＝1/5,且(R3+R2)/(R1+R2+R3)＝1/2。

8.根据权利要求2所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述带宽调节电路还包括一800M带宽电路；

所述800M带宽电路包括：用于输出控制的VGA1，且该VGA1具有800M带宽，且VGA1的输出端通过耦接ADC电连接FPGA；

所述800M带宽电路最终的带宽输出为800M。

9.根据权利要求2所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述带宽调节电路还包括一2G带宽电路；

所述2G带宽电路包括：单端转差分运放U3和带宽为4.5G的VGA2；

所述单端转差分运放U3的带宽为8G，ADC的带宽为2G；

所述2G带宽电路最终带宽输出达到2G。

10.根据权利要求9所述的一种带宽、偏移调节电路，其特征在于：所述单端转差分运放U3的正向输入端加载有共模电压，且反向输入端加载BUF的单端输入，且输出端将单端信号转差分信号供ADC采样。

Images