CN207867014U - 信号调理装置及具有其的脉冲源校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种信号调理装置及具有其的脉冲源校准装置，该信号调理装置包括滤波模块、放大模块和缓冲模块，滤波模块包括用于滤除高频杂波的有源滤波器；放大模块连接于滤波模块之后，放大模块包括用于对波形进行放大和幅值调整的第二运算放大器；缓冲模块包括用于实现阻抗匹配的三级缓冲放大器。本实用新型针对脉冲源校准装置中遇到的问题，通过建立一种信号调理装置，该信号调理装置具有滤波、放大、缓冲的功能，解决了脉冲源校准装置中各分系统存在的阻抗不匹配、杂波分量淹没脉冲波形、电压幅值过小无法实现准确测量的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号调理领域，特别地，涉及一种信号调理装置及具有其的脉冲源校准装置。
背景技术
脉冲源校准装置用于对脉冲源输出的脉冲大电流或脉冲高电压进行校准，其组成包括脉冲分压器、脉冲分流器和测试系统。脉冲源校准装置使用脉冲分压器和脉冲分流器，分别将脉冲源输出的脉冲高电压和脉冲大电流转化为低脉冲电压信号，通过测试系统，对脉冲电压信号的数字采样，通过软件计算，得到脉冲高电压和脉冲大电流的各项参数值。
但在现有脉冲源校准装置中，存在以下问题：
(1)脉冲分压器、脉冲分流器与测试系统之间存在阻抗不匹配的问题。特别是对于脉冲分压器，如果脉冲分压器阻值过低，则脉冲分压器相当于脉冲源的一个负载，脉冲源的负载效应使测量过程中引入较大的不确定度。如果脉冲分压器下臂阻值过高，则脉冲分压器下臂与测量设备的输入阻抗量级相近，则测量设备的输入阻抗会在测量过程中引入较大不确定度。
(2)对于转化后的低脉冲电压波形，由于脉冲分流器内部分布电感的影响，低脉冲电压波形的杂波过多，甚至淹没脉冲波形信号。
(3)脉冲分流器将高电压脉冲信号转化后，低脉冲电压波形只有几个到几十个毫伏量级，测试系统进行采样时的采样精度低。
而现有技术中常见的信号调理器是一种简单的运放跟随器，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，可以实现阻抗转换功能，但却存在开环增益有限、相位误差大和输入输出波形幅值不一致的缺点，无法解决脉冲源、脉冲分压器和测试系统间的阻抗不匹配、杂波太大、幅值过小的问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种信号调理装置及具有其的脉冲源校准装置，以解决现有信号调理器无法解决脉冲源、脉冲分压器和测试系统间的阻抗不匹配、杂波太大、幅值过小的技术问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
一方面，本实用新型提供了一种信号调理装置，包括滤波模块、放大模块和缓冲模块，滤波模块包括用于滤除高频杂波的有源滤波器；放大模块连接于滤波模块之后，放大模块包括用于对波形进行放大和幅值调整的第二运算放大器；缓冲模块包括用于实现阻抗匹配的三级缓冲放大器。
进一步地，有源滤波器为巴特沃斯低通滤波器。
优选地，巴特沃斯低通滤波器包括第一电阻，第一电阻的一端为输入端，另一端与第一电容的一端相连，第一电容的另一端接地；第一电阻和第一电容之间的公共端与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端与第一运算放大器的反相输入端和输出端相连；第二电阻和第二电容之间的公共端与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端相连，第一运算放大器的同相输入端还与第三电容的一端相连，第三电容的另一端接地。
进一步地，放大模块还包括依序串联于滤波模块之后的第一开关和第一电阻模块，第一电阻模块连接于第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的同相输入端通过串联的第二开关和第二电阻模块接地，第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端之间还连接有串联的第三开关和第三电阻模块。
进一步地，三级缓冲放大器包括依序连接的第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器。
进一步地，第三运算放大器的同相输入端用于接收一输入信号，第三运算放大器的输出端与第四电容的一端相连，第四电容的另一端与第四运算放大器的正电源电压端相连，第三运算放大器的反相输入端以及输出端均与第五电容的一端相连，第五电容的另一端与第四运算放大器的负电源电压端相连。
进一步地，第四运算放大器的同相输入端与第三运算放大器的同相输入端并联以接收输入信号，第四运算放大器的输出端与第六电容的一端相连，第六电容的另一端与第五运算放大器的正电源电压端相连，第四运算放大器的反相输入端以及输出端均与第七电容的一端相连，第七电容的另一端与第五运算放大器的负电源电压端相连。
进一步地，第五运算放大器的同相输入端与第三运算放大器的同相输入端并联以接收输入信号，第五运算放大器的反相输入端与其输出端相连，其输出端用于输出最终信号。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种脉冲源校准装置，用于与脉冲源连接，其包括脉冲分压器、脉冲分流器和测试系统，还包括上述的信号调理装置，信号调理装置中的滤波模块和放大模块连接于脉冲分流器和测试系统之间，信号调理装置中的缓冲模块连接于脉冲分压器和测试系统之间。
本实用新型针对脉冲源校准装置中遇到的问题，通过建立一种信号调理装置，该信号调理装置具有滤波、放大、缓冲的功能，解决了脉冲源校准装置中各分系统存在的阻抗不匹配、杂波分量淹没脉冲波形、电压幅值过小无法实现准确测量的问题。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例的信号调理装置应用于脉冲源校准装置的原理框图；
图2是本实用新型优选实施例的信号调理装置中滤波模块和放大模块的电路图；
图3是本实用新型优选实施例的信号调理装置中缓冲模块的电路图；
图4是采用图3中缓冲模块工作时的输入输出信号的向量图。
附图标记说明：
100、信号调理装置；10、滤波模块；20、放大模块；30、缓冲模块；200、脉冲分压器；300、脉冲分流器；400、测试系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参照图1，本实用新型提供了一种脉冲源校准装置，与脉冲源连接，用于对脉冲源输出的脉冲大电流或脉冲高电压进行校准。本实用新型的脉冲源校准装置其包括脉冲分压器200、脉冲分流器300和测试系统400，还包括位于测试系统400与脉冲分压器200及脉冲分流器300 之间的信号调理装置100。
本实用新型的信号调理装置100，其应用于脉冲源校准装置中。信号调理装置100包括滤波模块10、放大模块20和缓冲模块30。信号调理装置100中的滤波模块10和放大模块20 连接于脉冲分流器300和测试系统400之间，信号调理装置100中的缓冲模块30连接于脉冲分压器200和测试系统400之间。本实用新型的信号调理装置100用于对脉冲电压波形进行信号调理，以实现脉冲源校准装置中测试系统400对脉冲波形的精密测量。
进一步地，滤波模块10包括用于滤除高频杂波的有源滤波器。放大模块20连接于滤波模块10之后，放大模块20包括用于对波形进行放大和幅值调整的第二运算放大器A2。缓冲模块30包括用于实现阻抗匹配的三级缓冲放大器。
进一步地，有源滤波器为巴特沃斯低通滤波器。本实用新型采用巴特沃斯低通滤波器对脉冲波形信号进行滤波以滤除高频的杂波信号，提高测试系统400的测试准确性。
参照图2，本优选实施例中，采用五阶巴特沃斯低通有源滤波器，滤除信号波形中的高频分量。具体地，巴特沃斯低通滤波器包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端为输入端，用于与脉冲分流器300相连以接收从脉冲分流器300输出的信号；第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地。第一电阻R1和第一电容C1之间的公共端与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端与第一运算放大器A1的反相输入端和输出端相连。第二电阻R2和第二电容C2之间的公共端与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端与第一运算放大器A1的同相输入端相连，第一运算放大器A1的同相输入端还与第三电容C3的一端相连，第三电容C3的另一端接地。第二运算放大器A2的输出端连接至测试系统400。
本优选实施例中，放大模块20还包括依序串联于滤波模块10之后的第一开关K1和第一电阻模块R4，第一电阻模块R4连接于第二运算放大器A2的反相输入端，第二运算放大器 A2的同相输入端通过串联的第二开关K2和第二电阻模块R5接地，第二运算放大器A2的反相输入端与第二运算放大器A2的输出端之间还连接有串联的第三开关K3和第三电阻模块 R6。本优选实施例中，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3均为精密开关。放大模块20的整体电路对波形进行放大，放大倍数由精密开关进行选择。放大模块20通过放大脉冲电压波形，对其幅值进行调整，使其满足测试系统400的测试量程范围。
针对脉冲源校准装置中，脉冲分压器200和测试系统400之间存在的阻抗不匹配的问题，本实用新型利用缓冲放大器输入阻抗高、输出阻抗低的特点，将缓冲放大器作为中间级，解决阻抗不匹配的问题。参照图3，本优选实施例中，三级缓冲放大器包括依序连接的第三运算放大器A3、第四运算放大器A4和第五运算放大器A5。
具体地，第三运算放大器A3的同相输入端用于与脉冲分压器200相连以接收从脉冲分压器200输出的信号作为整个三级缓冲放大器的输入信号，第三运算放大器A3的输出端与第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与第四运算放大器的正电源电压端VCC相连，第三运算放大器A3的反相输入端以及输出端均与第五电容C5的一端相连，第五电容C5的另一端与第四运算放大器A4的负电源电压端VEE相连。
第四运算放大器A4的同相输入端与第三运算放大器A3的同相输入端并联以接收输入信号，第四运算放大器A4的输出端与第六电容C6的一端相连，第六电容C6的另一端与第五放大器的正电源电压端VCC相连，第四运算放大器A4的反相输入端以及输出端均与第七电容C7的一端相连，第七电容C7的另一端与第五运算放大器A5的负电源电压端VEE相连。
第五运算放大器A5的同相输入端与第三运算放大器A3的同相输入端并联以接收输入信号，第五运算放大器A5的反相输入端与其输出端相连，其输出端用于输出最终信号。本优选实施例中，第五运算放大器A5的输出端用于连接至测试系统400。
本实用新型采用的三级缓冲放大器，在运算放大器的局部采用正反馈：A3为第一级缓冲放大器，实现第一级缓冲，此时输入Vin与输出Vo1产生相位偏差；A4与A5为第二级和第三级缓冲放大器，通过电容等器件，将这两级缓冲放大器的输入端与供电端不共地，因此其输入实际为Vi1和Vi2，通过两级缓冲放大器的相位偏差，实现对整个电路脉冲电压的相位偏差的逐步修正，其输入输出信号向量图如图4中所示，可改善非线性失真，提高信号调理装置100 的输出相位的准确性。
本实用新型针对脉冲源校准装置中遇到的问题，通过建立一种信号调理装置100，该信号调理装置100具有滤波、放大、缓冲的功能，解决了脉冲源校准装置中各分系统存在的阻抗不匹配、杂波分量淹没脉冲波形、电压幅值过小无法实现准确测量的问题。除了应用在脉冲源校准装置中，该信号调理装置100也可以作为中间级，应用于其他装置中，提高装置的带载能力，滤除高频杂波分量，扩展电压动态范围，是一种高精度的信号调理装置。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种信号调理装置，其特征在于，包括滤波模块(10)、放大模块(20)和缓冲模块(30)，
所述滤波模块(10)包括用于滤除高频杂波的有源滤波器；
所述放大模块(20)连接于所述滤波模块(10)之后，所述放大模块(20)包括用于对波形进行放大和幅值调整的第二运算放大器(A2)；
所述缓冲模块(30)包括用于实现阻抗匹配的三级缓冲放大器。
2.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，
所述有源滤波器为巴特沃斯低通滤波器。
3.根据权利要求2所述的信号调理装置，其特征在于，
所述巴特沃斯低通滤波器包括第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的一端为输入端，另一端与第一电容(C1)的一端相连，所述第一电容(C1)的另一端接地；所述第一电阻(R1)和所述第一电容(C1)之间的公共端与第二电阻(R2)的一端相连，所述第二电阻(R2)的另一端与第二电容(C2)的一端相连，所述第二电容(C2)的另一端与第一运算放大器(A1)的反相输入端和输出端相连；所述第二电阻(R2)和所述第二电容(C2)之间的公共端与第三电阻(R3)的一端相连，所述第三电阻(R3)的另一端与所述第一运算放大器(A1)的同相输入端相连，所述第一运算放大器(A1)的同相输入端还与第三电容(C3)的一端相连，所述第三电容(C3)的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，
所述放大模块(20)还包括依序串联于所述滤波模块(10)之后的第一开关(K1)和第一电阻模块(R4)，所述第一电阻模块(R4)连接于所述第二运算放大器(A2)的反相输入端，所述第二运算放大器(A2)的同相输入端通过串联的第二开关(K2)和第二电阻模块(R5)接地，所述第二运算放大器(A2)的反相输入端与所述第二运算放大器(A2)的输出端之间还连接有串联的第三开关(K3)和第三电阻模块(R6)。
5.根据权利要求1所述的信号调理装置，其特征在于，所述三级缓冲放大器包括依序连接的第三运算放大器(A3)、第四运算放大器(A4)和第五运算放大器(A5)。
6.根据权利要求5所述的信号调理装置，其特征在于，
所述第三运算放大器(A3)的同相输入端用于接收一输入信号，所述第三运算放大器(A3)的输出端与第四电容(C4)的一端相连，所述第四电容(C4)的另一端与所述第四运算放大器(A4)的正电源电压端相连，所述第三运算放大器(A3)的反相输入端以及输出端均与第五电容(C5)的一端相连，所述第五电容(C5)的另一端与所述第四运算放大器(A4)的负电源电压端相连。
7.根据权利要求6所述的信号调理装置，其特征在于，
所述第四运算放大器(A4)的同相输入端与所述第三运算放大器(A3)的同相输入端并联以接收所述输入信号，所述第四运算放大器(A4)的输出端与第六电容(C6)的一端相连，所述第六电容(C6)的另一端与所述第五运算放大器(A5)的正电源电压端相连，所述第四运算放大器(A4)的反相输入端以及输出端均与第七电容(C7)的一端相连，所述第七电容(C7)的另一端与所述第五运算放大器(A5)的负电源电压端相连。
8.根据权利要求7所述的信号调理装置，其特征在于，
所述第五运算放大器(A5)的同相输入端与所述第三运算放大器(A3)的同相输入端并联以接收所述输入信号，所述第五运算放大器(A5)的反相输入端与其输出端相连，其输出端用于输出最终信号。
9.一种脉冲源校准装置，用于与脉冲源连接，其包括脉冲分压器(200)、脉冲分流器(300)和测试系统(400)，其特征在于，还包括如权利要求1至8中任一所述的信号调理装置(100)，所述信号调理装置(100)中的滤波模块(10)和放大模块(20)连接于所述脉冲分流器(300)和所述测试系统(400)之间，所述信号调理装置(100)中的缓冲模块(30)连接于所述脉冲分压器(200)和所述测试系统(400)之间。
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| CN201721711857.XU CN207867014U (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 信号调理装置及具有其的脉冲源校准装置 |
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