具有頻率響應補償電路的示波器的製造方法
2023-06-09 13:13:26 3
具有頻率響應補償電路的示波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有頻率響應補償電路的示波器，包括前端電路和AD轉換電路，所述前端電路包括依次串聯連接的信號輸入模塊、輸入電阻模塊及模擬前端放大電路模塊，所述示波器還包括至少一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路的一端接地，另一端連接在信號輸入模塊與輸入電阻模塊之間的串聯連接線上，或連接在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路模塊之間的串聯連接線上，用於補償所述前端電路至少在某一頻率處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率與出現波峰處的頻率相同。本發明可以使用多個RLC串聯諧振電路級聯，可以解決前端電路頻率響應曲線中出現幾個波峰的情況。同時不影響直流輸入電阻的大小。
【專利說明】具有頻率響應補償電路的示波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及測試測量【技術領域】，特別涉及一種具有頻率響應補償電路的示波器。【背景技術】
[0002]通常示波器輸入接口採用的是BNC(Bayonet Nut Connector)或兼容BNC的形式，不波器的輸入端有通常兩種輸入電阻模式，低阻輸入(一般為50 Ω或75Ω )和高阻輸入(一般為1ΜΩ)。示波器的輸入電阻是示波器的一個重要指標，示波器連接到被測電路後，示波器的輸入電阻就變成了被測電路的一部分。從電壓測量的角度來說，為了對被測電路影響小，示波器可以採用1ΜΩ的高輸入電阻，但是，高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響，帶寬不高，所以1ΜΩ的輸入電阻廣泛用於低於500MHZ的波形信號測量。對於更高頻率的測量，要對被測信號進行阻抗匹配，通常採用低阻匹配。下面，以50Ω低阻輸入為例進行說明。50Ω輸入電阻用來和輸出阻抗為50Ω的被測電路進行阻抗匹配，如果二者不匹配，則會發生信號反射，不利於高帶寬的實現。50 Ω輸入電阻時，示波器的帶寬能夠做的很聞。
[0003]參照圖1，是現有技術示波器10的結構示意圖。示波器10包括依次串聯的BNC輸入接口 101、輸入衰減模塊102、輸入電阻模塊103、模擬前端放大電路模塊104、A/D轉換電路105和控制處理模塊106，以及串聯在控制處理模塊106和模擬前端放大電路模塊104之間的D/A轉換模塊107,輸入電阻模塊103包括一個輸入電阻1011,終端電阻1011 —端接地、另一端通過一連接節點1012與模擬前端放大電路模塊104的輸入端相連。輸入電阻1011是源電阻的終端匹配電阻，源電阻也就是被測電路的輸出電阻。
[0004]被測信號a由BNC輸入接口接入，並輸入至輸入衰減模塊102進行增益調節；經增益調節後的被測信號由輸入衰減模塊102輸入至模擬前端放大電路模塊104，由模擬前端放大電路模塊104進行放大、衰減、帶寬限制、驅動等預處理；之後，經預處理的被測信號輸入給A/D轉換電路105，進行模數轉換處理，也即對被測信號進行採樣，得到數位訊號；最後，將數位訊號輸入至控制處理模塊106進行數字處理，控制處理模塊106的數據輸出端輸出用于波形顯示的採樣數據b。此外，控制處理模塊106的控制輸出端還產生一控制信號c，用以控制D/A轉換模塊107產生偏置信號，模擬前端放大電路模塊104依據該偏置信號進行偏置處理。
[0005]輸入電阻1011可以只是單個的50 Ω電阻，也可以是多個電阻並聯構成50 Ω ;輸入衰減模塊102可以是連接在其輸入端和輸出端之間的衰減電路1013，衰減電路1013可以是直通衰減切換模塊，也可以是衰減網絡。示波器10可以不包括輸入衰減模塊102。圖2為輸入衰減模塊102的結構示意圖。
[0006]如圖2 Ca)所示，為一種輸入衰減模塊的結構示意圖，衰減電路1013由直通衰減切換模塊構成。當小垂直靈敏度時，繼電器RLl切換至上方直通電路1014 ;大垂直靈敏度時，繼電器RLl切換至下方的50 Ω衰減模塊1015，對被測信號進行衰減後輸出給50 Ω輸入電阻，其中，衰減電路1013的輸入電阻也是50Ω，用於和源電阻匹配。[0007]如圖2 (b)所示，為另一種輸入衰減模塊的示意圖，衰減電路1013由衰減網絡構成。衰減網絡可能為一個半導體晶片，也可能是可控的電阻網絡。其輸入電阻也為50Ω，用於和源電阻匹配，輸出也需要接50Ω的終端電阻進行阻抗匹配。衰減網絡可設置衰減倍數為1，也可以是小於1，衰減的倍數可控。
[0008]現有技術中前端的頻率響應主要由輸入衰減模塊102、輸入電阻模塊103和模擬前端放大電路模塊104的頻率響應決定。如果輸入衰減模塊102、輸入電阻模塊103或者模擬前端放大電路模塊104的頻響曲線不平坦，即在不同頻率處響應大小不一致，超出了指標要求，或希望頻響曲線更加平坦，這時就需要進行頻響補償。
[0009]為了解決上述問題，現有技術的做法是在模擬前端放大電路模塊104和A/D轉換電路105之間增加補償網絡，對頻響曲線進行補償，以達到需要的平坦度，參照圖3，為現有技術一種具有頻響補償電路的示波器30的結構示意圖。圖中模擬前端放大電路模塊104之前的部分與圖1相同，所以未示出。示波器30的模擬前端放大電路模塊104和A/D轉換電路105之間依次串聯連接有RC補償網絡301和LC補償網絡302，這兩個補償網絡可以單獨在，也可以共同存在。RC補償網絡301的第一輸入端和第一輸出端之間連接有R1、C1並聯的RC電路，其第二輸入端和第二輸出端之間連接有R2、C2並聯的RC電路。LC補償網絡302的第一輸入端和第一輸出端之間連接有LI，第二輸入端和第二輸出端之間連接有L2，第一輸出端和第二輸出端連接有C3。
[0010]RC補償網絡301的工作原理如下:高速A/D轉換電路105的輸入電阻一般比較小，一般為差分100 Ω，通過增加RC並聯網絡，當信號頻率比較低時，C1、C2近似斷路，信號經過電阻Rl、R2和A/D轉換電路105內阻分壓；當信號頻率逐漸升高，Cl、C2的容抗逐漸變小，A/D轉換電路105輸入信號的幅度就是R1、C1、R2、C2並聯阻抗和A/D轉換電路105輸入電阻的分壓，由於Cl、C2容抗變小，導致R1、Cl、R2、C2並聯阻抗變小，從而A/D轉換電路105輸入的信號幅度變大。如圖4所示，為現有技術的頻率響應補償原理示意圖。增加RC補償網絡301後的效果是當被測信號頻率升高，A/D轉換電路105的輸入逐漸增大，使頻響曲線的高頻端往上翹。
[0011]LC補償網絡302的工作原理如下:模擬前端放大電路模塊104差分輸出上增加電感L1、L2，連接到A/D轉換電路105的兩個輸入端，同時上述兩個輸入端之間連接C3。構成了 LC低通網絡。結合圖4，當模擬前端放大電路模塊104的頻響曲線在高頻比較大時，可以通過調整LC補償網絡，使高頻時幅度降低，達到調節頻響曲線的作用。
[0012]現有技術利用RC補償網絡301和LC補償網絡302對頻響進行調節，能夠使頻響曲線在高頻時上升和下降，但是存在以下缺點:
[0013]1、補償頻率範圍有限，模擬前端放大電路的頻響在高頻時往往有波峰，如果波峰峰值很大，需要將波峰處的幅度降低，則通過低通LC補償網絡，才能將很大的波峰衰減為平坦幅度，但此時，LC補償網絡對頻率較低處的幅值也會衰減很多，不可避免的會影響部分低頻段的頻響曲線。
[0014]2、RC補償網絡會影響直流時的增益。因為直流時，A/D轉換電路105的輸入變成了電阻Rl、R2和A/D轉換電路內阻的分壓。
【發明內容】
[0015]本發明所要解決的技術問題是提供一種具有頻率響應補償電路的示波器，避免對高頻進行頻響補償時影響低頻段的頻響曲線、並且避免影響直流時的增益。
[0016]為了解決上述技術問題，本發明公開了一種具有頻率響應補償電路的示波器，包括前端電路和AD轉換電路，所述前端電路包括依次串聯連接的信號輸入模塊、輸入電阻模塊及模擬前端放大電路模塊，所述示波器還包括至少一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路的一端接地，另一端連接在信號輸入模塊與輸入電阻模塊之間的串聯連接線上，或連接在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路模塊之間的串聯連接線上，用於補償所述前端電路至少在某一頻率處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率與出現波峰處的頻率相同。
[0017]作為一種舉例說明，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接一個輸入衰減模塊，在所述信號輸入模塊與所述輸入衰減模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在信號輸入模塊與輸入衰減模塊之間的串聯連接線上。
[0018]作為一種舉例說明，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接有一個輸入衰減模塊，在所述輸入衰減模塊與所述輸入電阻模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在輸入衰減模塊與輸入電阻模塊之間的串聯連接線上。
[0019]作為一種舉例說明，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接有一個輸入衰減模塊，在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路之間的串聯連接線上。
[0020]作為一種舉例說明，所述AD轉換電路具有第一差分輸入端和第二差分輸入端，所述模擬前端放大電路具有第一差分輸出端和第二差分輸出端，所述第一差分輸出端連接所述第一差分輸入端，所述第二差分輸出端連接所述第二差分輸入端，在所述第一差分輸出端和第二差分輸出端之間至少並聯一個RLC串聯諧振電路。
[0021]作為一種舉例說明，所述RLC串聯諧振電路中，電阻、電感及電容的位置任意互換。
[0022]作為一種舉例說明，所述RLC串聯諧振電路的頻率響應在諧振頻率處的波谷深度與所述前端電路的頻率響應在相同頻率處的波峰的高度相同。
[0023]為了解決上述技術問題，本發明還公開了一種具有頻率響應補償電路的示波器，包括前端電路和AD轉換電路，所述前端電路包括依次串聯連接的信號輸入模塊、輸入電阻模塊及模擬前端放大電路模塊，所述AD轉換電路具有第一差分輸入端和第二差分輸入端，所述模擬前端放大電路具有第一差分輸出端和第二差分輸出端，所述第一差分輸出端連接所述第一差分輸入端，所述第二差分輸出端連接所述第二差分輸入端，在所述第一差分輸出端和第二差分輸出端之間至少並聯一個RLC串聯諧振電路，用於補償所述前端電路至少在某一頻率處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率與出現波峰處的頻率相同。
[0024]本發明依據前端電路的頻率響應在出現波峰處的頻率，確定所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率，通過調節電容和電感的取值，確定該諧振頻率值，由於RLC串聯諧振電路在諧振頻率處的頻率響應曲線呈現波谷形狀，所以對前端電路的頻率響應中相同頻率處的波峰起到了補償的作用。同時調節RLC串聯電路的電阻、電感和電容值可以確定RLC串聯網絡的Q值，而Q值的大小決定了 RLC串聯諧振電路在諧振頻率處的頻率響應曲線的波谷的深度，調整Q值，使RLC串聯諧振電路在諧振頻率處的頻率響應曲線的波谷的深度與前端電路的頻率響應的波峰的高度相同，能到達消除前端電路的頻率響應的波峰的效果。
[0025]RLC串聯電路的波谷與前端電路的頻響曲線的波峰相對應，對高頻補償時，不影響相對低的頻段，不影響直流增益。本發明可以使用多個RLC串聯諧振電路級聯，可以解決前端電路頻率響應曲線中出現幾個波峰的情況。此外，本發明降低了對電路的設計要求，電路簡單、成本低。同時由於採用RLC串聯諧振電路進行補償，直流電流不經過RLC串聯諧振電路，所以不影響直流輸入電阻的大小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是現有技術示波器10的結構示意圖
[0027]圖2是圖1中輸入衰減模塊102的結構示意圖
[0028]圖3是現有技術具有頻率響應補償電路的示波器30的結構示意圖
[0029]圖4是現有技術的頻率響應補償原理示意圖
[0030]圖5是本發明優選實施例1具有頻率響應補償電路的示波器50的結構示意圖
[0031]圖6是本發明RLC串聯諧振電路的頻響曲線Y的示意圖
[0032]圖7是本發明優選實施例頻率響應補償示意圖
[0033]圖8是本發明優選實施例2具有頻率響應補償電路的示波器60的結構示意圖
[0034]圖9是前端電路頻率響應出現多個波峰的示意圖
[0035]圖10是本發明優選實施例3具有頻率響應補償電路的示波器70的結構示意圖
[0036]圖11是本發明優選實施例4具有頻率響應補償電路的示波器80的結構示意圖
[0037]圖12是本發明優選實施例5具有頻率響應補償電路的示波器90的結構示意圖
[0038]圖13是本發明優選實施例6具有頻率響應補償電路的示波器100的結構示意圖
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的詳細說明。
[0040]優選實施例1:參照圖5、是具有頻率響應補償電路的示波器50的結構示意圖,包括前端電路501和AD轉換電路502，前端電路501包括依次串聯連接的信號輸入模塊5011、輸入電阻模塊5012及模擬前端放大電路模塊5013,信號輸入模塊5011具體是指不波器輸入接口，本優選實施例採用的是BNC(Bayonet Nut Connector)輸入接口，本優選實施例中，輸入電阻模塊5012選擇一個50Ω輸入電阻,所述50 Ω輸入電阻一端接地,一端連接在輸入電阻模塊的串聯輸入端和串聯輸出端，所述示波器50還包括控制處理模塊和D/A轉換模塊，信號輸入模塊5011接收外部輸入信號，所述模擬前端放大電路模塊5013完成對外部輸入信號的放大、衰減、帶寬限制和ADC驅動後，輸入給AD轉換電路502進行模數轉換，轉換後的數據送入控制處理模塊進行處理，同時模擬前端放大電路模塊5013還輸入偏置信號，控制處理模塊控制D/A轉換模塊對所述偏置信號進行調節。所述示波器50還包括一個RLC串聯諧振電路5014，RLC串聯諧振電路5014的一端接地，另一端連接在信號輸入模塊5011與輸入電阻模塊5012之間的串聯連接線上，用於補償所述前端電路501在某一頻率f0處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路5014的諧振頻率與出現波峰處的f0頻率相同。諧振頻率就是在RLC串聯諧振電路5014的頻率響應曲線在波谷處的頻率。由於RLC串聯諧振電路5014在諧振頻率處的頻率響應曲線呈現波谷形狀，所以對前端電路的頻率響應中相同頻率處的波峰起到了補償的作用。
[0041]在由電阻R、電感L、電容C組成的RLC串聯諧振電路中，電感L和電容C確定諧振點頻率，使該頻率和原前端電路頻率響應曲線波峰頻率一致；電阻R、電感L和電容C確定RLC串聯諧振電路的品質因數Q值，Q值越大，頻率響應曲線的波谷越尖，即頻帶越窄，頻率選擇性越好，越能夠補償波峰更大的原前端電路頻率響應曲線。
[0042]設電容C的容抗為Xc=l/(2 31 fC)，電感L的感抗為Xl=2 fL，當Xc=Xl時，RLC串聯諧振電路5014產生諧振，能量在電感L和電容C之間往復交換。此時諧振頻率
【權利要求】
1.一種具有頻率響應補償電路的示波器，包括前端電路和AD轉換電路，所述前端電路包括依次串聯連接的信號輸入模塊、輸入電阻模塊及模擬前端放大電路模塊，其特徵在於，所述示波器還包括至少一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路的一端接地，另一端連接在信號輸入模塊與輸入電阻模塊之間的串聯連接線上，或另一端連接在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路模塊之間的串聯連接線上，用於補償所述前端電路至少在某一頻率處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率與出現波峰處的頻率相同。
2.根據權利要求1所述的示波器，其特徵在於，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接一個輸入衰減模塊，在所述信號輸入模塊與所述輸入衰減模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在信號輸入模塊與輸入衰減模塊之間的串聯連接線上。
3.根據權利要求1所述的示波器，其特徵在於，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接有一個輸入衰減模塊，在所述輸入衰減模塊與所述輸入電阻模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在輸入衰減模塊與輸入電阻模塊之間的串聯連接線上。
4.根據權利要求1所述的示波器，其特徵在於，在所述信號輸入模塊和所述輸入電阻模塊之間還串聯連接有一個輸入衰減模塊，在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路模塊之間至少連接一個RLC串聯諧振電路，所述RLC串聯諧振電路一端接地，另一端連接在輸入電阻模塊與模擬前端放大電路之間的串聯連接線上。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的示波器，其特徵在於，所述AD轉換電路具有第一差分輸入端和第二差分輸入端，所述模擬前端放大電路具有第一差分輸出端和第二差分輸出端，所述第一差分輸出端連接所述第一差分輸入端，所述第二差分輸出端連接所述第二差分輸入端，在所述第一差分輸出端和第二差分輸出端之間至少並聯一個RLC串聯諧振電路。
6.根據權利要求5所述的示波器，其特徵在於，所述RLC串聯諧振電路中，電阻、電感及電容的位置任意互換。
7.根據權利要求6所述的示波器，其特徵在於，所述RLC串聯諧振電路的頻率響應在諧振頻率處的波谷深度與所述前端電路的頻率響應在相同頻率處的波峰的高度相同。
8.一種具有頻率響應補償電路的示波器，包括前端電路和AD轉換電路，所述前端電路包括依次串聯連接的信號輸入模塊、輸入電阻模塊及模擬前端放大電路模塊，其特徵在於，所述AD轉換電路具有第一差分輸入端和第二差分輸入端，所述模擬前端放大電路具有第一差分輸出端和第二差分輸出端，所述第一差分輸出端連接所述第一差分輸入端，所述第二差分輸出端連接所述第二差分輸入端，在所述第一差分輸出端和第二差分輸出端之間至少並聯一個RLC串聯諧振電路，用於補償所述前端電路至少在某一頻率處出現波峰時的頻率響應，所述RLC串聯諧振電路的諧振頻率與出現波峰處的頻率相同。
【文檔編號】G01R13/00GK103543310SQ201210238510
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】史慧, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司