CN115290949A - 模拟前端芯片和示波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟前端芯片和示波器。所述模拟前端芯片集成有输入缓冲模块、可变增益放大模块和至少两条输出支路；所述输入缓冲模块的输入端作为所述模拟前端芯片的输入端，所述输入缓冲模块的输出端与所述可变增益放大模块的输入端电连接；每条所述输出支路的输入端与所述可变增益放大模块的输出端电连接，每条所述输出支路的输出端作为所述模拟前端芯片的输出端；其中，每条所述输出支路均包括一输出缓冲模块。本发明能够降低模拟前端芯片的占用面积，并使得模拟前端芯片达到高带宽。

Description

模拟前端芯片和示波器

技术领域

本发明涉及示波器技术领域，尤其涉及一种模拟前端芯片和示波器。

背景技术

示波器的模拟前端模块是示波器中十分重要的性能指标，也是示波器的核心所在。示波器的测试信号带宽很多情况下都是由模拟前端的带宽决定，也就是直接影响了示波器的本底噪声和量程。对于模拟前端来说，其影响示波器的主要性能指标包括：模拟带宽，包括对被测信号幅频响应特性，在时域上表现为上升时间指标和过冲性能指标；输入信号幅度动态范围(非数字处理的最小垂直灵敏度到最大垂直灵敏度的范围)；直流增益精度和偏移精度两个指标的初始误差特性和温度漂移特性；输入阻抗特性(电阻并联寄生电容)影响在带探头或不带探头情况下对被测电路的影响。模拟前端对输入信号进行衰减放大和信号调理，系统噪声也会被放大。如果示波器的模拟前端设计差，系统噪声大，希望测试的微小信号将无法捕获；如果在频域观测，这些噪声将使信噪比下降，底噪升高。如果信号通路间的隔离度不够，其他通道的信号将对被测信号造成较大的干扰。同时，模拟前端的线性度和抗饱和能力也十分重要。

然而，现有的模拟前端采用分立器件搭建，很难达到高带宽，且占用面积也比较大。

发明内容

本发明提供了一种模拟前端芯片和示波器，以降低模拟前端芯片的占用面积，并使得模拟前端芯片达到高带宽。

根据本发明的一方面，提供了一种模拟前端芯片，所述模拟前端芯片集成有输入缓冲模块、可变增益放大模块和至少两条输出支路；

所述输入缓冲模块的输入端作为所述模拟前端芯片的输入端，所述输入缓冲模块的输出端与所述可变增益放大模块的输入端电连接；

每条所述输出支路的输入端与所述可变增益放大模块的输出端电连接，每条所述输出支路的输出端作为所述模拟前端芯片的输出端；其中，每条所述输出支路均包括一输出缓冲模块。

可选地，所述输出缓冲模块的输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端作为对应输出支路的输出端。

可选地，所述模拟前端芯片还集成有第一滤波器；

每条所述输出支路的输入端均通过所述第一滤波器与所述可变增益放大模块的输出端电连接；其中，所述可变增益放大模块的输出端与所述第一滤波器的输入端电连接，所述第一滤波器的输出端与所述输出支路的输入端电连接。

可选地，所述模拟前端芯片还集成有第二滤波器；

所述输出缓冲模块包括第一输入端和第二输入端，所述输出缓冲模块的第一输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端作为对应输出支路的输出端；

所述可变增益放大模块的输出端与所述第二滤波器的输入端电连接，所述第二滤波器的输出端与每个所述输出缓冲模块的第二输入端电连接。

可选地，所述输出支路还包括第三滤波器；

所述输出缓冲模块的输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端与所述第三滤波器的输入端电连接，所述第三滤波器的输出端作为对应输出支路的输出端。

可选地，所述输入缓冲模块包括并联的多个输入缓冲器。

可选地，所述可变增益放大模块包括多个可变增益放大器；所述多个可变增益放大器与所述多个输入缓冲器一一对应；

所述输入缓冲器的输出端与对应的可变增益放大器的输入端电连接，所述多个可变增益放大器的输出端电连接；

或者，所述可变增益放大模块包括一个多输入可变增益放大器，所述多输入可变增益放大器的多个输入端与所述多个输入缓冲器一一对应。

可选地，所述输出缓冲模块采用放大电路。

可选地，所述模拟前端芯片还集成有控制模块；所述控制模块与所述放大电路连接，用于控制所述放大电路的输出电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种示波器，所述示波器包括上述的模拟前端芯片。

本发明实施例的技术方案，采用的模拟前端芯片集成有输入缓冲模块、可变增益放大模块和至少两条输出支路；输入缓冲模块的输入端作为模拟前端芯片的输入端，输入缓冲模块的输出端与可变增益放大模块的输入端电连接；每条输出支路的输入端与可变增益放大模块的输出端电连接，每条输出支路的输出端作为模拟前端芯片的输出端；其中，每条输出支路均包括一输出缓冲模块。由于采用集成芯片的方式，可以有效减小占用面积，减少损坏，从而有利于实现高带宽。同时，采用至少两路输出支路，可以使得示波器实现交织的功能；另外，每条输出支路均包含一输出缓冲模块，极大地提高模拟前端芯片的驱动能力。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图1，模拟前端芯片1集成有输入缓冲模块11、可变增益放大模块12和至少两条输出支路13；输入缓冲模块11的输入端作为模拟前端芯片1的输入端，输入缓冲模块11的输出端与可变增益放大模块12的输入端电连接；每条输出支路13的输入端与可变增益放大模块12的输出端电连接，每条输出支路13的输出端作为模拟前端芯片1的输出端；其中，每条输出支路13均包括一输出缓冲模块131。

具体地，本实施例中模拟前端芯片1中的电路结构均集成在一个芯片上，采用集成电路技术工艺制备，而不是采用分立器件制成，可以极大地减少占地面积。同时采用集成电路的工艺，还能够有效降低损耗，从而有利于实现高带宽。输入缓冲模块11用于阻抗变换，在示波器的50Ω通路中，输入缓冲模块11具有较高的输入阻抗，整体示波器的阻抗由终端电阻决定。同样地，在示波器1Ω通路中，输入阻抗也由终端电阻决定。输入缓冲模块11可以由放大器组成，可以具有放大能力，从而实现对灵敏度的粗调；另外，输入缓冲模块11提供了一个高的输入阻抗，可以减小示波器对被测信号的影响，同时将被测信号进行缓冲，输出给后续的可变增益放大模块12。需要说明的是，输入缓冲模块11的放大倍数可以大于等于1，也可以小于1；当放大倍数大于1时，为放大功能，当放大倍数小于1时，为衰减功能。可变增益放大模块12具有多个档位，可以对由输入缓冲模块11输出的信号进行不同幅度的放大或者衰减，从而实现灵敏度进一步的调节。另外，可变增益放大模块12的带宽可以具有不同的配置，这样可以起到带宽限制的作用，从而可以用于将高频的噪声滤除。可变增益放大模块12输出的信号分为多路，分别进入各个输出支路，也即本实施例的模拟前端芯片，每条输出支路都能够输出一路信号，从而可以使得示波器实现交织的功能。当然，若示波器不需要交织的功能，也可以仅配置一条输出支路。在本实施例中，每条输出支路13中均包含一个输出缓冲模块131，可以对可变增益放大模块12输出的信号进行缓冲，从而提高驱动能力。另外需要说明的是，本实施例所描述的各种信号，可以是单端信号，也可以是差分信号，采用差分信号可以有效减弱噪声干扰。

本实施例的技术方案，采用的模拟前端芯片集成有输入缓冲模块、可变增益放大模块和至少两条输出支路；输入缓冲模块的输入端作为模拟前端芯片的输入端，输入缓冲模块的输出端与可变增益放大模块的输入端电连接；每条输出支路的输入端与可变增益放大模块的输出端电连接，每条输出支路的输出端作为模拟前端芯片的输出端；其中，每条输出支路均包括一输出缓冲模块。由于采用集成芯片的方式，可以有效减小占用面积，减少损坏，从而有利于实现高带宽。同时，采用至少两路输出支路，可以使得示波器实现交织的功能；另外，每条输出支路均包含一输出缓冲模块，极大地提高模拟前端芯片的驱动能力。

可选地，继续参考图1，输出缓冲模块131的输入端作为对应输出支路13的输入端，输出缓冲模块131的输出端作为对应输出支路13的输出端。

具体地，本实施例中的输出支路13可以仅由输出缓冲模块131构成，模拟前端芯片1中所包含的元器件数量较少，结构简单，更有利于减小模拟前端芯片1的占用面积。同时还能有效减少寄生参数。示例性地，输出缓冲模块131可以由放大电路组成，放大电路例如可以是基本运放放大电路、共射极放大电路等能实现放大功能的电路，当然，也可以是射频放大电路。放大电路的具体电路结构和工作原理为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

可选地，图2为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，模拟前端芯片1还集成有第一滤波器14；每条输出支路13的输入端均通过第一滤波器14与可变增益放大模块12的输出端电连接；其中，可变增益放大模块12的输出端与第一滤波器14的输入端电连接，第一滤波器14的输出端与输出支路13的输入端电连接。

具体地，第一滤波器14可以由电感、电容和电阻组成，并且第一滤波器13可以是低通滤波器或者带通滤波器，从而滤除掉高频噪声，提高模拟前端芯片1的噪声性能；第一滤波器13的具体带宽可以根据应用场景的不同进行不同的设计，本实施例对此不做具体限定。另外，滤波器的具体电路结构为本领域技术人员所熟知，在此也不再赘述。

可选地，图3为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图3，模拟前端芯片还集成有第二滤波器15；输出缓冲模块131包括第一输入端和第二输入端；输出缓冲模块131的第一输入端作为对应输出支路13的输入端，输出缓冲模块131的输出端作为对应输出支路13的输出端；可变增益放大模块12的输出端与第二滤波器15的输入端电连接，第二滤波器15的输出端与每个输出缓冲模块131的第二输入端电连接。

具体地，本实施例中，输出缓冲模块131为多输入的结构。可变增益放大模块12既存在直接到输出缓冲模块131的通路，该通路可以保证示波器具有最大的带宽；又存在通过第二滤波器15到输出缓冲模块131的通路，该条通路由于存在滤波器，因而也具有带宽限制的功能。也即本实施例的模拟前端芯片既能够保证最大带宽，又能够具有带宽限制功能。需要说明的是，与第一滤波器类似，第二滤波器可以是低通滤波器或者带通滤波器，具体带宽可以根据应用场景的不同进行不同的设计，本实施例对此不做具体限定。

可选地，图4为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图4，输出支路13还包括第三滤波器16；输出缓冲模块131的输入端作为对应输出支路的输入端，输出缓冲模块131的输出端与第三滤波器16的输入端电连接，第三滤波器16的输出端作为对应输出支路13的输出端。

具体地，输出缓冲模块131在示波器的需求带宽之外还存在一定的噪声，将输出缓冲模块131的输出信号直接作为模拟前端芯片的输出，可能会带来一定的噪声。因此，通过设置第三滤波器16，第三滤波器16可以是低通滤波器或者带通滤波器，从而滤除高频噪声，使得模拟前端芯片1具有最优的噪声性能。

可选地，图5为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图5，输入缓冲模块11包括并联的多个输入缓冲器111。不同的输入缓冲器111可以设置为不同的增益，通过选择不同的输入缓冲器输出，从而可以实现不同的增益选择。在本实施例中，每个输入缓冲器111的输入端均作为模拟前端芯片的一个输入端，在模拟前端芯片外部可以通过不同的继电器或者衰减器等将模拟前端芯片的输入端连接在一起。

进一步地，继续参考图5，可变增益放大模块12包括多个可变增益放大器121；多个可变增益放大器121与多个输入缓冲器111一一对应；输入缓冲器111的输出端与对应的可变增益放大器121的输入端电连接，多个可变增益放大器121的输出端电连接。在本实施例中，每个可变增益放大器121可以具有不同的增益，从而实现增益不同的选择。当然，在其它一些实施方式中，每个可变增益放大器的位置都可以是由串联的多个可变增益放大器替代。

可选地，图6为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图6，在本实施例中，可变增益放大模块12包括一个多输入可变增益放大器122，多输入可变增益放大器122的多个输入端与多个输入缓冲器一一对应。多输入可变增益放大器122的不同输入端可以对应不同的增益，从而可以选择不同的增益。

可选地，图7为本发明实施例提供的又一种模拟前端芯片的电路结构示意图，参考图7，输出缓冲模块均采用放大电路1311。模拟前端芯片1还集成有控制模块17；控制模块17与放大电路1311连接，用于控制放大电路的输出电压。放大电路1311输出的共模电压可以由控制模块17控制，也即由控制模块17控制放大电路1311的放大倍数，从而满足不同的增益选择。当然，在其它一些实施方式中，放大电路1311输出的共模电压也可以由模拟前端芯片1内的控制模块17以及模拟前端芯片外的器件共同控制；或者，模拟前端芯片也可以不集成控制模块17，放大电路1311输出的共模电压由模拟前端芯片外部进行控制。

本实施例还提供了一种示波器，示波器包括本发明任意实施例提供的模拟前端芯片。示波器可以是数字示波器，因示波器包含本发明任意实施例提供的模拟前端芯片，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。

当然，在其它一些实施方式中，模拟前端芯片还可以应用于数据采集系统中。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟前端芯片，其特征在于，所述模拟前端芯片集成有输入缓冲模块、可变增益放大模块和至少两条输出支路；

所述输入缓冲模块的输入端作为所述模拟前端芯片的输入端，所述输入缓冲模块的输出端与所述可变增益放大模块的输入端电连接；

每条所述输出支路的输入端与所述可变增益放大模块的输出端电连接，每条所述输出支路的输出端作为所述模拟前端芯片的输出端；其中，每条所述输出支路均包括一输出缓冲模块。

2.根据权利要求1所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述输出缓冲模块的输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端作为对应输出支路的输出端。

3.根据权利要求2所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述模拟前端芯片还集成有第一滤波器；

每条所述输出支路的输入端均通过所述第一滤波器与所述可变增益放大模块的输出端电连接；其中，所述可变增益放大模块的输出端与所述第一滤波器的输入端电连接，所述第一滤波器的输出端与所述输出支路的输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述模拟前端芯片还集成有第二滤波器；

所述输出缓冲模块包括第一输入端和第二输入端，所述输出缓冲模块的第一输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端作为对应输出支路的输出端；

所述可变增益放大模块的输出端与所述第二滤波器的输入端电连接，所述第二滤波器的输出端与每个所述输出缓冲模块的第二输入端电连接。

5.根据权利要求1所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述输出支路还包括第三滤波器；

所述输出缓冲模块的输入端作为对应输出支路的输入端，所述输出缓冲模块的输出端与所述第三滤波器的输入端电连接，所述第三滤波器的输出端作为对应输出支路的输出端。

6.根据权利要求1所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述输入缓冲模块包括并联的多个输入缓冲器。

7.根据权利要求6所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述可变增益放大模块包括多个可变增益放大器；所述多个可变增益放大器与所述多个输入缓冲器一一对应；所述输入缓冲器的输出端与对应的可变增益放大器的输入端电连接，所述多个可变增益放大器的输出端电连接；

或者，所述可变增益放大模块包括一个多输入可变增益放大器，所述多输入可变增益放大器的多个输入端与所述多个输入缓冲器一一对应。

8.根据权利要求1所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述输出缓冲模块采用放大电路。

9.根据权利要求8所述的模拟前端芯片，其特征在于，所述模拟前端芯片还集成有控制模块；所述控制模块与所述放大电路连接，用于控制所述放大电路的输出电压。

10.一种示波器，其特征在于，所述示波器包括权利要求1-9任一项所述的模拟前端芯片。

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