CN115951105B - 一种电信号采样通道装置及采样示波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电信号采样通道装置及采样示波器，涉及采样示波器设计领域，包括高速信号输入电路、高中频信号转换电路以及中频信号处理电路，首先高速信号输入电路将输入至采样示波器的高速电信号传输至高中频信号转换电路，高中频信号转换电路再将高速电信号转换为传输速率低于高速电信号的传输速率的中频电信号，最终由中频信号处理电路将中频电信号进行增益调整使得中频电信号的增益与采样示波器中的ADC的增益匹配，能够处理高传输速率的电信号并且通过中频链路实现信号传输匹配，更好地保证采样示波器的功能指标和系统性能。

Description

一种电信号采样通道装置及采样示波器

技术领域

本发明涉及采样示波器设计领域，特别是涉及一种电信号采样通道装置及采样示波器。

背景技术

采样示波器中的电信号采样通道装置用于将接收到的电信号传输至采样示波器中的ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器），以便ADC将电信号转换为数字信号之后由采样示波器中的其他装置生成该电信号对应的波形。电信号采样通道装置的性能对采样示波器的功能指标和系统性能有很大的影响。例如，在利用电信号采样通道装置传输速率在50G波特以上的信号时，若电信号采样通道装置使信号衰减则会导致采样示波器带宽的减小；电信号采样通道装置在传输信号时若存在噪声干扰则会使得采样示波器最终生成的眼图效果比较差。因此提供一种性能良好的电信号采样通道装置是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种电信号采样通道装置及采样示波器，能够处理高传输速率的电信号并且通过中频链路实现信号传输匹配，更好地保证采样示波器的功能指标和系统性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电信号采样通道装置，包括高速信号输入电路、高中频信号转换电路以及中频信号处理电路；

所述高速信号输入电路用于接收高速电信号并将所述高速电信号传输至所述高中频信号转换电路；

所述高中频信号转换电路用于将所述高速电信号转换为中频电信号，并将所述中频电信号传输至所述中频信号处理电路，所述中频电信号的传输速率小于所述高速电信号的传输速率；

所述中频信号处理电路用于将所述中频电信号的增益调整至与采样示波器中的ADC匹配的增益，并将增益调整后的中频电信号传输至所述ADC。

所述高速信号输入电路包括高速连接器、第一微带线、第二微带线以及连接线；

所述高速连接器的第一输入端用于接收所述高速电信号中的第一高速差分信号并将所述第一高速差分信号传输至所述第一微带线，第二输入端用于接收所述高速电信号中的第二高速差分信号并将所述第二高速差分信号传输至所述第二微带线，其中，所述第一高速差分信号和所述第二高速差分信号为一对差分信号；

所述第一微带线和所述第二微带线均通过所述连接线与所述高中频信号转换电路连接。

所述高中频信号转换电路包括采样保持芯片、输入焊盘、输出焊盘、第一输出连接线以及第二输出连接线；

所述输入焊盘的一端与所述连接线连接，另一端与所述采样保持芯片的输入端连接；

所述采样保持芯片的输出端与所述输出焊盘的一端连接，所述输出焊盘的另一端与所述第一输出连接线和所述第二输出连接线连接；

所述采样保持芯片用于将所述第一高速差分信号转换为所述中频电信号中的第一中频差分信号，将所述第二高速差分信号转换为所述中频电信号中的第二中频差分信号；

所述第一输出连接线用于将所述第一中频差分信号传输至所述中频信号处理电路，所述第二输出连接线用于将所述第二中频差分信号传输至所述中频信号处理电路。

优选的，所述高中频信号转换电路还包括采样保持PCB电路；

所述采样保持芯片设置于所述采样保持PCB电路中的凹槽内，并且所述采样保持PCB电路的凹槽中与所述采样保持芯片的底面接触的部分的材质为导电材质；

所述采样保持芯片的底面通过导电介质与所述采样保持PCB电路的凹槽连接。

优选的，所述高中频信号转换电路输出的中频信号包括第一中频差分信号和第二中频差分信号；

所述中频信号处理电路包括中频信号差分隔离电路、中频信号增益调节电路以及ADC缓冲电路；

所述中频信号差分隔离电路用于将所述第一中频差分信号的增益和所述第二中频差分信号的增益调整至与所述中频信号增益调节电路匹配的增益，并对所述第一中频差分信号和所述第二中频差分信号与所述中频信号增益调节电路中的信号进行阻抗隔离；

所述中频信号增益调节模块用于将所述中频信号差分隔离电路输出的第三中频差分信号的增益和第四中频差分信号的增益均调整至预设增益范围内，并将所述第三中频差分信号的幅度和所述第四中频差分信号的幅度均调整至预设幅度范围内；

所述ADC缓冲电路用于将所述中频信号增益调节模块输出的第五中频差分信号的增益和第六中频差分信号的增益调整至与所述ADC匹配的增益。

优选的，所述中频信号差分隔离电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一运算放大器、第二运算放大器以及第三运算放大器；

所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一运算放大器的正输入端用于输入所述第一中频差分信号，所述第一电阻的第二端接地，所述第一运算放大器的输出端分别与自身的负输入端以及所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第五电阻的第一端以及所述第三运算放大器的正输入端连接，所述第五电阻的第二端与所述第三运算放大器的负输出端连接，所述第三运算放大器的负输出端用于输出所述第三中频差分信号；

所述第二电阻的第一端与所述第二运算放大器的正输入端连接，所述第一运算放大器的正输入端用于输入所述第二中频差分信号，所述第二电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出端分别与自身的负输入端以及所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第六电阻的第一端以及所述第三运算放大器的负输入端连接，所述第六电阻的第二端与所述第三运算放大器的正输出端连接，所述第三运算放大器的正输出端用于输出所述第四中频差分信号；

所述第三运算放大器还用于利用共模电压输出端输出的共模电压调整所述第三中频差分信号和所述第四中频差分信号的工模工作点以便与所述中频信号增益调节模块进行电平匹配。

优选的，所述中频信号增益调节电路包括第四运算放大器、第五运算放大器和跨导放大器；

所述第四运算放大器的第一输入端用于输入所述第三中频差分信号，第二输入端用于输入所述第四中频差分信号，第一输出端和第二输出端分别与所述跨导放大器的第一输入端和第二输入端连接；

所述跨导放大器的第一输出端与所述第五运算放大器的第一输入端连接，第二输出端与所述第五运算放大器的第二输入端连接；

所述第五运算放大器的第一输出端用于输出所述第五中频差分信号，第二输出端用于输出所述第六中频差分信号。

优选的，所述ADC缓冲电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第六运算放大器、第一电容和第二电容；

所述第七电阻的第一端与所述第九电阻的第一端连接的公共端用于输入所述第五中频差分信号，所述第九电阻的第二端分别与所述第六运算放大器的正输入端以及所述第十一电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地，所述第十一电阻的第二端与所述第六运算放大器的负输出端连接，所述第六运算放大器的负输出端作为所述ADC缓冲电路的第一输出端；

所述第八电阻的第一端与所述第十电阻的第一端连接的公共端用于输入所述第六中频差分信号，所述第十电阻的第二端分别与所述第六运算放大器的负输入端以及所述第十二电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端接地，所述第十二电阻的第二端与所述第六运算放大器的正输出端连接，所述第六运算放大器的正输出端作为所述ADC缓冲电路的第二输出端。

优选的，所述ADC缓冲电路还包括与所述第六运算放大器的负输出端连接的第一滤波电路，与所述第六运算放大器的正输出端连接的第二滤波电路。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种采样示波器，包括上述的电信号采样通道装置。

综上，本发明提供了一种电信号采样通道装置和采样示波器，包括高速信号输入电路、高中频信号转换电路以及中频信号处理电路，首先高速电信号输入电路将输入的高速电信号传输至高中频信号转换电路，高中频信号转换电路再将高速电信号转换为传输速率低于高速电信号的传输速率的中频电信号，最终由中频信号处理电路将中频电信号进行增益调整使得中频信号的增益与ADC的增益匹配，能够处理高传输速率的电信号并且通过中频链路实现信号传输匹配，更好地保证采样示波器的功能指标和系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种电信号采样通道装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的高速信号输入电路的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种电信号采样通道装置中的高速信号输入电路的结构示意图；

图4为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的高中频信号转换电路的结构示意图；

图5为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的中频信号差分隔离电路的电路图；

图6为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的中频信号增益调节电路的电路图；

图7为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的ADC缓冲电路的电路图；

图8为本发明提供的一种电信号采样通道装置的仿真图；

图9为本发明提供的一种电信号采样通道装置的TDR差分阻抗测试波形图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电信号采样通道装置及采样示波器，能够处理高传输速率的电信号并且通过中频链路实现信号传输匹配，更好地保证采样示波器的功能指标和系统性能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种电信号采样通道装置的结构示意图，该电信号采样通道装置包括高速信号输入电路1、高中频信号转换电路2以及中频信号处理电路；

高速信号输入电路1用于接收高速电信号并将高速电信号传输至高中频信号转换电路2；

高中频信号转换电路2用于将高速电信号转换为中频电信号，并将中频电信号传输至中频信号处理电路，中频电信号的传输速率小于高速电信号的传输速率；

中频信号处理电路用于将中频电信号的增益调整至与采样示波器中的ADC匹配的增益，并将增益调整后的中频电信号传输至ADC。

为实现利用电信号采样通道装置传输高传输速率的电信号的目的，在本申请中电信号采样通道装置包括高速信号输入电路1、高中频信号转换电路2和中频信号处理电路，整体过程可表述为先通过高速信号输入电路1接收输入至采样示波器的高传输速率的高速电信号，然后高中频信号转换电路2将高速电信号转换为中频电信号，并且中频电信号的传输速率小于高速电信号的传输速率。在通过高中频信号转换电路2将高速电信号转换为中频电信号以后，为了保证ADC能够正常完成信号处理，中频信号处理电路将中频电信号的增益进行调整直至将其增益调整为与ADC匹配的增益，最终将增益调整后的中频电信号传输至ADC，以便ADC完成后续的信号处理。

本申请对于中频电信号的具体传输速率不作特别限定，可根据实际情况通过调整高中频信号转换电路2的电路结构实现对中频电信号的传输速率的调节。例如通过采样保持芯片201以及芯片外围电路实现高速信号和中频电信号的转换。

综上，本申请中的电信号采样通道装置采用多级电路连接的方式，能够处理高传输速率的电信号并且通过中频链路实现信号传输匹配，更好地保证采样示波器的功能指标和系统性能。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，高速信号输入电路1包括高速连接器101、第一微带线102、第二微带线105以及连接线103；

高速连接器101的第一输入端用于接收高速电信号中的第一高速差分信号并将第一高速差分信号传输至第一微带线102，第二输入端用于接收高速电信号中的第二高速差分信号并将第二高速差分信号传输至第二微带线105，其中，第一高速差分信号和第二高速差分信号为一对差分信号；

第一微带线102和第二微带线105均通过连接线103与高中频信号转换电路2连接。

请参照图2，图2为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的高速信号输入电路1的结构示意图，在本实施例中高速信号输入电路1包括高速连接器101、第一微带线102、第二微带线105以及连接线103。

本实施例中的高速连接器101采用差分双端口输入形式，也即高速连接器101的第一输入端和第二输入端分别输入互为差分信号的第一高速差分信号和第二高速差分信号。差分双端口输入形式相比于单端信号输入来讲能够更好地抑制差模噪声的输入，提高输入信号的信噪比。本实施例对于选用的差分双端口形式的高速连接器101的型号不作特别限定，例如可以为G3P0连接器等。

通过高速连接器101引入的第一高速差分信号和第二高速差分信号分别通过第一微带线102和第二微带线105传输至连接线103，连接线103还与高中频信号转换电路2连接，因此通过连接线103能够将第一高速差分信号和第二高速差分信号传输至高中频信号转换电路2，以便进行后续高中频信号转换处理。

参考图2可知上述高速连接器101、第一微带线102、第二微带线105和连接线103均可设置于PCB板上，PCB板可以为多层PCB板104，高速连接器101、第一微带线102、第二微带线105和连接线103均设置于PCB板的表层。通过仿真和PCB板的叠层设计，优化第一微带线102的线宽和第二微带线105的线宽以及第一微带线102和第二微带线105与共面地层的间距，可以将第一微带线102的阻抗和第二微带线105的阻抗均设置为50欧姆。

此外，请参照图3，图3为本发明提供的另一种电信号采样通道装置中的高速信号输入电路的结构示意图，连接线103可以为bonding连接线103， bonding连接线103共5组，每一组bonding线均是双线结构，5组bonding线按照G-S-G-S-G也即地-信号-地-信号-地的排列形式进行排列，从而保证高速差分信号传输的质量并且屏蔽噪声。此外，还可以将bonding线的高度尽量压缩（例如压缩至100um）以尽可能缩短bonding线的打线长度，减小高速差分信号的传输损耗。

此外多层PCB板104可使用超低损耗的M7N板材，保证位于多层PCB板104表层的第一微带线102和第二微带线105的阻抗一致性，减小PCB走线损耗，更好地保证电信号采样通道装置的性能。

作为一种优选的实施例，高中频信号转换电路2包括采样保持芯片201、输入焊盘202、输出焊盘203、第一输出连接线204连接线103以及第二输出连接线204连接线103；

输入焊盘202的一端与连接线103连接，另一端与采样保持芯片201的输入端连接；

采样保持芯片201的输出端与输出焊盘203的一端连接，输出焊盘203的另一端与第一输出连接线204连接线103和第二输出连接线204连接线103连接；

采样保持芯片201用于将第一高速差分信号转换为中频电信号中的第一中频差分信号INP，将第二高速差分信号转换为中频电信号中的第二中频差分信号INN；

第一输出连接线204连接线103用于将第一中频差分信号INP传输至中频信号处理电路，第二输出连接线204连接线103用于将第二中频差分信号INN传输至中频信号处理电路。

在本实施例中高中频信号转换电路2包括采样保持芯片201、输入焊盘202、输出焊盘203、第一输出连接线204连接线103和第二输出连接线204连接线103。高速信号输入电路1中的连接线103通过输入焊盘202将第一高速差分信号和第二高速差分信号传输至采样保持器，采样保持器将上述两个高速差分信号转换为中频电信号后通过与输出焊盘203连接的第一输出连接线204连接线103和第二输出连接线204连接线103将中频电信号传输至中频信号处理电路。

作为一种优选的实施例，高中频信号转换电路2还包括采样保持PCB电路；

采样保持芯片201设置于采样保持PCB电路中的凹槽内，并且采样保持PCB电路的凹槽中与采样保持芯片201的底面接触的部分的材质为导电材质；

采样保持芯片201的底面通过导电介质与采样保持PCB电路的凹槽连接。

请参照图4，图4为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的高中频信号转换电路的结构示意图。上文中的多层PCB板104和本实施例中的采样保持PCB电路可以设置为一个整体，采样保持芯片201位于采样保持PCB电路中的凹槽内，并且采样保持芯片201可以更加靠近高速信号输入电路1从而缩短微带线的长度，减小信号传输的损耗。例如，采样保持芯片201距离左侧PCB板100um，凹槽的深度与采样保持芯片201裸片的厚度保持一致（例如为300um），同时bonding线的高度不超过100um。

此外，采样保持PCB电路的凹槽中与采样保持芯片201的底面接触的部分的材质为导电材质（例如铜），采样保持芯片201的底面通过导电介质（例如导电胶）与采样保持PCB电路的凹槽连接，因此可以通过采样保持PCB电路为采样保持芯片201供电，通过电源平面的设计能够更好的降低电源噪声对采样保持芯片201性能的影响。

作为一种优选的实施例，高中频信号转换电路2输出的中频信号包括第一中频差分信号INP和第二中频差分信号INN；

中频信号处理电路包括中频信号差分隔离电路3、中频信号增益调节电路4以及ADC缓冲电路5；

中频信号差分隔离电路3用于将第一中频差分信号INP的增益和第二中频差分信号INN的增益调整至与中频信号增益调节电路4匹配的增益，并对第一中频差分信号INP和第二中频差分信号INN与中频信号增益调节电路4中的信号进行阻抗隔离；

中频信号增益调节模块用于将中频信号差分隔离电路3输出的第三中频差分信号OUTP的增益和第四中频差分信号OUTN的增益均调整至预设增益范围内，并将第三中频差分信号OUTP的幅度和第四中频差分信号OUTN的幅度均调整至预设幅度范围内；

ADC缓冲电路5用于将中频信号增益调节模块输出的第五中频差分信号IN2P的增益和第六中频差分信号IN2N的增益调整至与ADC匹配的增益。

在本实施例中高中频信号转换电路2输出的中频信号为一对差分信号，中频信号处理电路具体包括中频信号差分隔离电路3、中频信号增益调节电路4以及ADC缓冲电路5。中频信号处理电路在电信号采样通道装置中属于中频链路，其主要功能为将高中频信号转换单元输出的中频信号进行增益调节等相关处理使中频信号能够被ADC正常处理。

具体的，在本实施例中首先通过中频信号差分隔离电路3将第一中频信号和第二中频信号与中频信号增益调节电路4中的信号进行阻抗隔离，同时为了保证中频信号增益调节模块能够正常处理第一中频信号和第二中频信号，还需要将第一中频差分信号INP的增益和第二中频差分信号INN的增益调整至与中频信号增益调节电路4匹配的增益。

然后中频信号增益调节模块为了保证后续ADC缓冲电路5能够正常完成信号处理，将中频信号差分隔离电路3输出的第三中频差分信号OUTP的增益和第四中频差分信号OUTN的增益均调整至预设增益范围内，并将第三中频差分信号OUTP的幅度和第四中频差分信号OUTN的幅度均调整至预设幅度范围内。本申请对于预设增益范围和预设幅度范围均不作特别限定。

最终为了保证ADC能够正常完成信号处理，通过ADC缓冲电路5将中频信号增益调节模块输出的第五中频差分信号IN2P的增益和第六中频差分信号IN2N的增益调整至与ADC匹配的增益。

作为一种优选的实施例，中频信号差分隔离电路3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3；

第一电阻R1的第一端与第一运算放大器U1的正输入端连接，第一运算放大器U1的正输入端用于输入第一中频差分信号INP，第一电阻R1的第二端接地，第一运算放大器U1的输出端分别与自身的负输入端以及第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端分别与第五电阻R5的第一端以及第三运算放大器U3的正输入端连接，第五电阻R5的第二端与第三运算放大器U3的负输出端连接，第三运算放大器U3的负输出端用于输出第三中频差分信号OUTP；

第二电阻R2的第一端与第二运算放大器U2的正输入端连接，第一运算放大器U1的正输入端用于输入第二中频差分信号INN，第二电阻R2的第二端接地，第二运算放大器U2的输出端分别与自身的负输入端以及第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端分别与第六电阻R6的第一端以及第三运算放大器U3的负输入端连接，第六电阻R6的第二端与第三运算放大器U3的正输出端连接，第三运算放大器U3的正输出端用于输出第四中频差分信号OUTN；

第三运算放大器U3还用于利用共模电压输出端输出的共模电压VCOM调整第三中频差分信号OUTP和第四中频差分信号OUTN的工模工作点以便与中频信号增益调节模块进行电平匹配。

请参照图5，图5为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的中频信号差分隔离电路的电路图。高中频信号转换电路2输出的第一中频差分信号INP和第二中频差分信号INN为一对CML型的差分输出电平，通过第一电阻R1和第二电阻R2端接至端接电压V-TERMINAT（CML电平模式下的地）。通常第一电阻R1和第二电阻R2的阻值为传输线阻抗50欧姆。

端接后的信号连接至第一运算放大器U1和第二运算放大器U2构成的隔离型跟随电路中，并且第一运算放大器U1和第二运算放大器U2可以为高输入阻抗且零漂移型的高频带运算放大器，带宽需要达到中频信号的带宽的3.5倍左右，从而实现前后两级之间的信号的传输和阻抗隔离。

第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第三运算放大器U3构成差分型比例放大器，对前级输出的信号进行增益调节，同时通过共模电压输出端输出的共模电压VCOM来调整第三运算放大器U3输出的第三中频差分信号OUTP和第四中频差分信号OUTN的工模工作点，方便与后级中频信号增益调节电路4连接。

并且，作为一种优选的实施例，第三电阻R3的阻值等于第四电阻R4的阻值，第五电阻R5的阻值等于第六电阻R6的阻值，此时第三运算放大器U3的放大比例为第五电阻R5的阻值除以第四电阻R4的阻值。第三运算放大器U3的放大比例和各个电阻的阻值会影响第三运算放大器U3的工作带宽，通常将第三运算放大器U3的带宽配置为中频信号的带宽的3.5倍左右。

作为一种优选的实施例，中频信号增益调节电路4包括第四运算放大器U4、第五运算放大器U5和跨导放大器；

第四运算放大器U4的第一输入端用于输入第三中频差分信号OUTP，第二输入端用于输入第四中频差分信号OUTN，第一输出端和第二输出端分别与跨导放大器的第一输入端和第二输入端连接；

跨导放大器的第一输出端与第五运算放大器U5的第一输入端连接，第二输出端与第五运算放大器U5的第二输入端连接；

第五运算放大器U5的第一输出端用于输出第五中频差分信号IN2P，第二输出端用于输出第六中频差分信号IN2N。

在本实施例中通过两级运算放大器实现对第三中频差分信号OUTP和第四中频差分信号OUTN的增益调整（通常在-11db至+17db之间）和幅度调整。具体的，请参照图6，图6为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的中频信号增益调节电路的电路图，第四运算放大器U4、跨导放大器和第五运算放大器U5依次连接，实现对输入至中频信号增益调节电路4的第三中频差分信号OUTP的增益和第四中频差分信号OUTN的增益的放大或者衰减，使得第三中频差分信号OUTP的增益和第四中频差分信号OUTN的增益调整至预设增益范围内；将第三中频差分信号OUTP的幅度和第四中频差分信号OUTN的幅度也调整至预设幅度范围内。预设增益范围和预设幅度范围均能够保证中频信号增益调节电路4输出的第五中频信号和第六中频信号能够被后级的ADC电路正常处理，从而保证采样示波器的正常工作。

作为一种优选的实施例，ADC缓冲电路5包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第六运算放大器U6、第一电容C1和第二电容C2；

第七电阻R7的第一端与第九电阻R9的第一端连接的公共端用于输入第五中频差分信号IN2P，第九电阻R9的第二端分别与第六运算放大器U6的正输入端以及第十一电阻R11的第一端连接，第七电阻R7的第二端接地，第十一电阻R11的第二端与第六运算放大器U6的负输出端连接，第六运算放大器U6的负输出端作为ADC缓冲电路5的第一输出端；

第八电阻R8的第一端与第十电阻R10的第一端连接的公共端用于输入第六中频差分信号IN2N，第十电阻R10的第二端分别与第六运算放大器U6的负输入端以及第十二电阻R12的第一端连接，第八电阻R8的第二端接地，第十二电阻R12的第二端与第六运算放大器U6的正输出端连接，第六运算放大器U6的正输出端作为ADC缓冲电路5的第二输出端；

第一电容C1并联于第十一电阻R11的两端，第二电容C2并联于第十二电阻R12的两端。

请参照图7，图7为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的ADC缓冲电路的电路图。中频信号增益调节电路4输出的第五中频信号和第六中频信号分别通过第七电阻R7和第八电阻R8端接至地来进行传输线的终端阻抗匹配，通常可以将第七电阻R7的阻值和第八电阻R8的阻值均设置为50欧姆。

端接后的信号连接至第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12以及第六运算放大器U6构成的差分型比例放大电路中，用于对前级电路输出的中频信号进行增益调节，同时通过第六运算放大器U6的共模电压输出端输出的共模电压VCOM调整ADC缓冲电路5的输出信号的共模工作点，以便采样示波器中的其他装置与ADC缓冲电路5匹配连接。另外，可以将第九电阻R9的阻值和第十电阻R10的阻值设置为相同的阻值，将第十一电阻R11的阻值和第十二电阻R12的阻值设置为相同的阻值，此时第六运算放大器U6的放大比例为第十一电阻R11的阻值除以第九电阻R9的阻值的商，放大比例的选取会影响到第六运算放大器U6工作的带宽，通常会将第六运算放大器U6的带宽设置为中频信号的带宽的3.5倍左右。

此外，在本实施例中为了补偿第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12以及第六运算放大器U6构成的差分型比例放大电路的系统零极点，同时对信号传输中的共模噪声起到一定的滤波作用，还在ADC缓冲电路5中设置有第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1并联于第十一电阻R11的两端，第二电容C2并联于第十二电阻R12的两端。

作为一种优选的实施例，ADC缓冲电路5还包括与第六运算放大器U6的负输出端连接的第一滤波电路，与第六运算放大器U6的正输出端连接的第二滤波电路。

在本实施例中在ADC缓冲电路5中还设置有滤波电路，第一滤波电路和第二滤波电路分别对ADC缓冲电路5输出的一对差分信号进行滤波，从而保证采样保持器中与ADC缓冲电路5连接的其他电路能够正常稳定的工作，保证采样保持器的工作性能。

第一滤波电路和第二滤波电路具体可以为RC滤波电路，请参照图7，图7为本发明提供的一种电信号采样通道装置中的ADC缓冲电路5的电路图，第十三电阻R13和第三电容C3、第十四电阻R14和第四电容C4分别构成两个差分型RC低通滤波电路，其中第十三电阻R13的阻值与第十四电阻R14的阻值可以相等，第三电容C3的容值与第四电容C4的容值可以相等，通过调整时间参数（第十三电阻R13的阻值与第四电容C4的容值的乘积）可调整上述两个差分型RC低通滤波电路的带宽，结合采样示波器实际应用的采样带宽，可以有效抑制ADC采样带宽之外的噪声频段，从而提升ADC采样的数据精度，保证采样保持器的工作性能。

结合上述各实施例得到的电信号采样通道具有良好的回损指标、插损指标以及差分阻抗，请参照图8和图9，其中，图8为本发明提供的一种电信号采样通道装置的仿真图；图9为本发明提供的一种电信号采样通道装置的TDR差分阻抗测试波形图。从图8中可以看出在频率为50GHZ时，S11回损指标大于-2dB，S21插损指标小于-10dB，具有良好的特性；从图9中位置1为高速连接器处的差分阻抗，位置2为bonding线的差分阻抗，可见整个高速信号传输链路上的TDR差分阻抗均介于95欧姆至105欧姆之间，具有良好的阻抗特性。

本发明还提供了一种采样示波器，包括上述的电信号采样通道装置。

对于本申请提供的一种采样示波器的详细介绍请参照上述电信号采样通道装置的实施例，本申请在此不做赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电信号采样通道装置，其特征在于，包括高速信号输入电路、高中频信号转换电路以及中频信号处理电路；

所述高速信号输入电路用于接收高速电信号并将所述高速电信号传输至所述高中频信号转换电路；

所述高中频信号转换电路用于将所述高速电信号转换为中频电信号，并将所述中频电信号传输至所述中频信号处理电路，所述中频电信号的传输速率小于所述高速电信号的传输速率；

所述中频信号处理电路用于将所述中频电信号的增益调整至与采样示波器中的ADC匹配的增益，并将增益调整后的中频电信号传输至所述ADC；

所述高中频信号转换电路输出的中频信号包括第一中频差分信号和第二中频差分信号；

所述中频信号处理电路包括中频信号差分隔离电路、中频信号增益调节电路以及ADC缓冲电路；

所述中频信号差分隔离电路用于将所述第一中频差分信号的增益和所述第二中频差分信号的增益调整至与所述中频信号增益调节电路匹配的增益，并对所述第一中频差分信号和所述第二中频差分信号与所述中频信号增益调节电路中的信号进行阻抗隔离；

所述中频信号增益调节电路用于将所述中频信号差分隔离电路输出的第三中频差分信号的增益和第四中频差分信号的增益均调整至预设增益范围内，并将所述第三中频差分信号的幅度和所述第四中频差分信号的幅度均调整至预设幅度范围内；

所述ADC缓冲电路用于将所述中频信号增益调节电路输出的第五中频差分信号的增益和第六中频差分信号的增益调整至与所述ADC匹配的增益；

所述中频信号差分隔离电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一运算放大器、第二运算放大器以及第三运算放大器；

所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一运算放大器的正输入端用于输入所述第一中频差分信号，所述第一电阻的第二端接地，所述第一运算放大器的输出端分别与自身的负输入端以及所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第五电阻的第一端以及所述第三运算放大器的正输入端连接，所述第五电阻的第二端与所述第三运算放大器的负输出端连接，所述第三运算放大器的负输出端用于输出所述第三中频差分信号；

所述第二电阻的第一端与所述第二运算放大器的正输入端连接，所述第二运算放大器的正输入端用于输入所述第二中频差分信号，所述第二电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出端分别与自身的负输入端以及所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第六电阻的第一端以及所述第三运算放大器的负输入端连接，所述第六电阻的第二端与所述第三运算放大器的正输出端连接，所述第三运算放大器的正输出端用于输出所述第四中频差分信号；

所述第三运算放大器还用于利用共模电压输出端输出的共模电压调整所述第三中频差分信号和所述第四中频差分信号的共模工作点以便与所述中频信号增益调节电路进行电平匹配。

2.如权利要求1所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述高速信号输入电路包括高速连接器、第一微带线、第二微带线以及连接线；

所述高速连接器的第一输入端用于接收所述高速电信号中的第一高速差分信号并将所述第一高速差分信号传输至所述第一微带线，第二输入端用于接收所述高速电信号中的第二高速差分信号并将所述第二高速差分信号传输至所述第二微带线，其中，所述第一高速差分信号和所述第二高速差分信号为一对差分信号；

所述第一微带线和所述第二微带线均通过所述连接线与所述高中频信号转换电路连接。

3.如权利要求2所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述高中频信号转换电路包括采样保持芯片、输入焊盘、输出焊盘、第一输出连接线以及第二输出连接线；

所述输入焊盘的一端与所述连接线连接，另一端与所述采样保持芯片的输入端连接；

所述采样保持芯片的输出端与所述输出焊盘的一端连接，所述输出焊盘的另一端与所述第一输出连接线和所述第二输出连接线连接；

所述采样保持芯片用于将所述第一高速差分信号转换为所述中频电信号中的第一中频差分信号，将所述第二高速差分信号转换为所述中频电信号中的第二中频差分信号；

所述第一输出连接线用于将所述第一中频差分信号传输至所述中频信号处理电路，所述第二输出连接线用于将所述第二中频差分信号传输至所述中频信号处理电路。

4.如权利要求3所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述高中频信号转换电路还包括采样保持PCB电路；

所述采样保持芯片设置于所述采样保持PCB电路中的凹槽内，并且所述采样保持PCB电路的凹槽中与所述采样保持芯片的底面接触的部分的材质为导电材质；

所述采样保持芯片的底面通过导电介质与所述采样保持PCB电路的凹槽连接。

5.如权利要求1所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述中频信号增益调节电路包括第四运算放大器、第五运算放大器和跨导放大器；

所述第四运算放大器的第一输入端用于输入所述第三中频差分信号，第二输入端用于输入所述第四中频差分信号，第一输出端和第二输出端分别与所述跨导放大器的第一输入端和第二输入端连接；

所述跨导放大器的第一输出端与所述第五运算放大器的第一输入端连接，第二输出端与所述第五运算放大器的第二输入端连接；

所述第五运算放大器的第一输出端用于输出所述第五中频差分信号，第二输出端用于输出所述第六中频差分信号。

6.如权利要求1所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述ADC缓冲电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第六运算放大器、第一电容和第二电容；

所述第七电阻的第一端与所述第九电阻的第一端连接的公共端用于输入所述第五中频差分信号，所述第九电阻的第二端分别与所述第六运算放大器的正输入端以及所述第十一电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地，所述第十一电阻的第二端与所述第六运算放大器的负输出端连接，所述第六运算放大器的负输出端作为所述ADC缓冲电路的第一输出端；

所述第八电阻的第一端与所述第十电阻的第一端连接的公共端用于输入所述第六中频差分信号，所述第十电阻的第二端分别与所述第六运算放大器的负输入端以及所述第十二电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端接地，所述第十二电阻的第二端与所述第六运算放大器的正输出端连接，所述第六运算放大器的正输出端作为所述ADC缓冲电路的第二输出端；

所述第一电容并联于所述第十一电阻的两端，所述第二电容并联于所述第十二电阻的两端。

7.如权利要求6所述的电信号采样通道装置，其特征在于，所述ADC缓冲电路还包括与所述第六运算放大器的负输出端连接的第一滤波电路，与所述第六运算放大器的正输出端连接的第二滤波电路。

8.一种采样示波器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的电信号采样通道装置。

Images