一種寬帶信號調理電路的製作方法
2023-06-09 09:57:01 1
一種寬帶信號調理電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種寬帶信號調理電路，包括輸入阻抗切換電路、高阻衰減網絡、阻抗變換電路與信號調理電路；所述輸入阻抗切換電路，用於實現50Ω和1MΩ輸入阻抗變換；所述高阻衰減網絡，用於實現10倍或100倍的信號衰減；所述阻抗變換電路，用於實現1MΩ到50Ω阻抗變換及通道偏移調節；所述信號調理電路為LMH6518電路，用於實現信號放大、步進衰減、輸出驅動及信號分離。本發明採用LMH6518增益可控放大器來簡化電路結構，降低硬體成本、減小功耗和體積；可減小溫度和電壓等變化引起的信號幅度誤差，提高信號調理的幅度準確度、頻響，並有效降低通道噪聲，顯著提高了示波器等數據採集產品的頻響、帶寬、垂直靈敏度等指標。
【專利說明】一種寬帶信號調理電路
【技術領域】
[0001]本發明屬於信號調理電路【技術領域】，尤其涉及的是一種寬帶信號調理電路。
【背景技術】
[0002]傳統的信號調理電路採用較多分立元件來實現信號幅度的調整，包括前級衰減器、阻抗變換電路、後級衰減器、放大器、單端到差分變換電路、觸發信號源驅動電路等，而且50 Ω和IM Ω電路獨立設計，器件布局空間大，成本高、功耗大，50 Ω和IM Ω通道之間存在較大幹擾。由於器件差異及電路分布參數影響，導致調理電路一致性差，控制電路複雜，容易產生自激信號，調試難度及工作量都比較大。
[0003]信號調理是示波器等數據採集產品的重要電路，決定了其帶寬、帶內頻響，垂直解析度等重要指標，主要受處理電路中放大器、衰減器等因素的影響。由於集成電路工藝製造水平的提高，只要選擇足夠模擬帶寬的A / D轉換器，其對模擬信號幅度的影響很小，因此信號調理電路成為影響示波器等數據採集產品幅度精度、頻響的最重要的因素。
[0004]示波器及其它數據採集產品中現有的信號調理方法是採用較多分立元件實現，具體的原理實現框圖如圖1所示，該電路包括獨立的50 Ω阻抗信號調理電路102和1ΜΩ阻抗信號調理電路101，其中繼電器K5及其後端電路為50Ω輸入阻抗信號調理電路102。繼電器K5之前的電路為1ΜΩ輸入阻抗信號調理電路101，1ΜΩ輸入阻抗時，信號經過阻抗變換電路後，進入50Ω信號處理電路。
[0005]繼電器Kl和K4用來切換50 Ω和IM Ω通路。當選擇50 Ω通路時，信號直通送入繼電器K5，進行信號衰減或放大。可以實現10倍、5倍、2倍衰減及5倍固定放大，經過放大或衰減的信號通過信號分離電路輸出兩路信號，一路信號作為模數轉換器(簡稱ADC)採樣信號，一路信號經過驅動放大器放大後作為觸發源信號；當選擇1ΜΩ通路時，控制Kl和K4,信號送入到繼電器K2，經過衰減及阻抗變換，阻抗變換後，信號進入50 Ω通道，做進一步衰減和放大處理。這種電路能夠實現信號1、2、5倍步進增益，但由於衰減網絡由分立元件搭建，容易受到外部幹擾，同時繼電器K5、K6、K7、K8要參與信號控制，控制電路複雜。
[0006]分立元件技術進行信號調理存在以下問題:1)較多採用分立元件電路來實現，其器件布局空間大，成本高、功耗大；2)由於50Ω和1ΜΩ兩種阻抗信號調理電路獨立設計，通道之間存在較大幹擾3)通道中存在較多信號切換開關，控制電路複雜；4)分立元件較多，由於元件差異及電路分布參數影響，信號調理通道一致性差，易產生自激信號，調試難度及工作量大。
[0007]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種寬帶信號調理電路。
[0009]本發明的技術方案如下:[0010]一種寬帶信號調理電路，其中，包括輸入阻抗切換電路、高阻衰減網絡、阻抗變換電路與信號調理電路；所述輸入阻抗切換電路，用於實現50Ω和1ΜΩ輸入阻抗變換；所述高阻衰減網絡，用於實現10倍或100倍的信號衰減；所述阻抗變換電路，用於實現1ΜΩ到50 Ω阻抗變換、交/直流耦合、直流偏移調節以及交/直流信號幅度一致性調節。所述信號調理電路為LMH6518電路，用於實現信號放大、步進衰減、輸出驅動及信號分離。
[0011]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述輸入阻抗切換電路由一個機械開關和一個50 Ω對地電阻組成；當選擇50Ω輸入阻抗時，切換所述機械開關，使所述50 Ω對地電阻連接到電路中，當選擇1ΜΩ輸入阻抗時，切換所述機械開關，使所述50 Ω對地電阻與信號通道斷開。
[0012]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述高阻衰減網絡由10倍衰減器及頻響補償電路組成；所述10倍衰減器由900kQ和IllkQ電阻組成；所述頻響補償電路由電容以及200 Ω電阻組成；所述電容為4pF-20pF的可調電容、IpF電容、1.5pF電容的組合。
[0013]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述阻抗變換電路包括一個N溝道結型場效應管FSUOl的源極、漏極結構，緩衝放大輸入信號，利用另外一個場效應管FSUOl作為其恆流源，用於實現一個輸入阻抗1ΜΩ、輸入電容10pF、放大倍數為I倍的阻抗變換電路。
[0014]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述阻抗變換電路還包括有交/直流耦合電路、直流偏移調節電路以及交/直流信號幅度一致性調節電路。
[0015]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述LMH6518電路包括預放大器、步進衰減器、輸出驅動放大器。
[0016]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述預放大器的放大倍數為IOdB或30dB;所述步進衰減器的衰減範圍為O到20dB ;所述輸出驅動放大器的增益為固定8.86dB。
[0017]所述的寬帶信號調理電路，其中，當輸入到信號調理電路信號幅度小於40mV峰峰值時，控制所述預放大器放大倍數為30dB，步進衰減器衰減量為OdB，通過所述輸出驅動放大器直接輸出差分信號；當輸入到信號調理電路信號以1、2、5倍增大時，通過調節內部步進衰減器衰減量為0dB、6dB、14dB，實現寬帶信號調理電路I倍、2倍、5倍的信號幅度衰減。
[0018]所述的寬帶信號調理電路，其中，所述LMH6518電路包括20MHz、100MHz、200MHz、350MHz、650MHz、750MHz 及全帶寬控制電路，用於實現 20MHz、100MHz、200MHz、350MHz、650MHz、750MHz的帶寬限制。
[0019]本發明採用LMH6518增益可控放大器來簡化電路結構，降低硬體成本、減小功耗和體積；加上LMH6518具有數控衰減器、增益可控放大器、信號分離電路、帶寬限制電路，所有控制通過三根控制線即可實現。信號切換速度快、控制電路簡單，一致性好，可減小溫度和電壓等變化引起的信號幅度誤差，提高信號調理的幅度準確度、頻響，並有效降低通道噪聲，顯著提高了示波器等數據採集產品的頻響、帶寬、垂直靈敏度等指標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現有技術中分立元件信號調理的結構示意圖。
[0021]圖2為本發明寬帶信號調理電路示意圖。
[0022]圖3為本發明中阻抗變換電路示意圖。【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0024]實施例1
[0025]如圖2所示，本發明提供一種寬帶信號調理電路主要包括輸入阻抗切換電路209、高阻衰減網絡201與202、阻抗變換電路203和信號調理電路204四個部分。
[0026]輸入阻抗切換電路209用於實現50 Ω和1ΜΩ輸入阻抗變換。由一個機械開關Kl和一個50 Ω對地電阻208組成，當選擇50 Ω輸入阻抗時，切換開關Kl，使對地50 Ω電阻208連接到電路中，當選擇IM Ω輸入阻抗時，切換開關Kl，使50 Ω電阻208與信號通道斷開，這種方式大大簡化了電路方案，由一個1ΜΩ的信號調理電路即實現了 50 Ω和1ΜΩ兩種輸入阻抗功能。
[0027]高阻衰減網絡由兩級10倍衰減網絡201及202組成，實現10倍、100倍的信號衰減，當輸入信號較大時，需要先對信號進行10倍或100倍的衰減，以保證後端電路的正常工作。高阻10倍衰減網絡由電阻構成的衰減網絡，輸入阻抗為1ΜΩ，衰減倍數為10，並設計有基於電容的帶內平坦度補償電路，可以保證全帶寬內信號的平坦度。
[0028]阻抗變換電路203用於實現IM Ω到50 Ω阻抗變換，利用一個N溝道結型場效應管FSUOl的源極、漏極結構，緩衝放大輸入信號，利用另外一個場效應管FSUOl作為其恆流源，這種緩衝放大電路結構，即可以等效為一個輸入阻抗1ΜΩ、輸入電容10pF、放大倍數為I倍的阻抗變換電路。
[0029]核心LMH6518電路204實現信號放大、步進衰減、輸出驅動及信號分離等處理。阻抗變換後的信號送到LMH6518，由其實現信號預放大、步進衰減、輸出驅動放大及觸發源信號分離等處理。
[0030]當輸入到阻抗切換電路209信號幅度小於或等於40mV峰峰值時，三線205的控制數據控制預放大器放大倍數為30dB，步進衰減器衰減量為OdB (I倍)，通過後端8.86dB的輸出驅動放大器可以直接輸出差分信號206，滿足ADC等數據採集電路的採樣幅度要求。當輸入到阻抗切換電路209信號幅度在40mV峰峰值基礎上以1、2、5倍增大時，三線205上控制數據調節電路204內部步進衰減器衰減量為0dB(l倍)、6dB(2倍)、14dB(5倍)，即可以實現寬帶調理電路對信號的I倍、2倍、5倍衰減，同時電路204還可以輸出另外一路幅度與206 一致的差分信號207，可以作為206的同步觸發源信號，非常適合示波器等產品應用。
[0031]LMH6518預放大器倍數、步進衰減器衰減倍數的控制，通過三線205實現，包括時鐘線、數據線和片選線各一根，控制過程包括串行數據讀操作和串行數據寫操作，具體不再贅述。
[0032]阻抗變換電路203還具有交/直流耦合控制、直流偏移調節以及交/直流信號幅度一致性調節功能，如圖3所示。電路501為交直流耦合控制電路，當選擇交流耦合時，開關508斷開，信號通過電容507送到阻抗變換電路，當選擇直流耦合時，開關508閉合，直流信號可以通過開關508及直流信號放大電路502送到輸出埠 503。通過調節可調電阻509的阻值可以調整直流信號放大倍數，使直流信號放大倍數和交流信號放大倍數一致，實現交/直流信號幅度一致性調節。電路505為直流偏移調節電路，偏移電平通過506輸入到電路505，使輸出埠 504的直流電平與輸出埠 503的直流電平一致，實現直流偏移調節功能。[0033]同時LMH6518具有共模電壓輸入埠，連接ADC共模輸出電壓到LMH6518共模電壓輸入埠，可以使輸出信號具有滿足ADC輸入要求的共模電壓。
[0034]針對不同幅度輸入到調理電路的信號，調理電路可以實現相應的增益，以一個垂直刻度ImV / div-5V / div的示波器、ADC接收範圍700mV的示波器為例，具體的電路增益設置如表1所示。
[0035]表1示波器不同垂直刻度與調理電路增益對應表
[0036]
【權利要求】
1.一種寬帶信號調理電路，其特徵在於，包括輸入阻抗切換電路、高阻衰減網絡、阻抗變換電路與信號調理電路；所述輸入阻抗切換電路，用於實現50Ω和1ΜΩ輸入阻抗變換；所述高阻衰減網絡，用於實現10倍或100倍的信號衰減；所述阻抗變換電路，用於實現IMΩ到50Ω阻抗變換及通道偏移調節；所述信號調理電路為LMH6518電路，用於實現信號放大、步進衰減、輸出驅動及信號分離。
2.如權利要求1所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述輸入阻抗切換電路由一個機械開關和一個50Ω對地電阻組成；當選擇50Ω輸入阻抗時，切換所述機械開關，使所述50Ω對地電阻連接到電路中，當選擇1ΜΩ輸入阻抗時，切換所述機械開關，使所述50Ω對地電阻與信號通道斷開。
3.如權利要求1所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述高阻衰減網絡由10倍衰減器及頻響補償電路組成；所述10倍衰減器由900kQ和IllkQ電阻組成；所述頻響補償電路由電容以及200 Ω電阻組成；所述電容為4pF-20pF的可調電容、IpF電容、1.5pF電容的組合。
4.如權利要求1所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述阻抗變換電路包括一個N溝道結型場效應管FSUOl的源極、漏極結構，緩衝放大輸入信號，利用另外一個場效應管FSUOl作為其恆流源，用於實現一個輸人阻抗IMΩ、輸入電容10pF、放大倍數為I倍的阻抗變換電路。
5.如權利要求4所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述阻抗變換電路還包括有交/直流耦合電路、直流偏移調節電路以及交/直流信號幅度一致性調節電路。
6.如權利要求1所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述LMH6518電路包括預放大器、步進衰減器、輸出驅動放大器。
7.如權利要求6所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述預放大器的放大倍數為IOdB或30dB ;所述步進衰減器的衰減範圍為O到20dB ;所述輸出驅動放大器的增益為固定8.86dB0
8.如權利要求7所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，當輸入到信號調理電路信號幅度小於40mV峰峰值時，控制所述預放大器放大倍數為30dB，步進衰減器衰減量為OdB，通過所述輸出驅動放大器直接輸出差分信號；當輸入到信號調理電路信號以1、2、5倍增大時，通過調節內部步進衰減器衰減量為0dB、6dB、14dB，實現寬帶信號調理電路I倍、2倍、5倍的信號幅度衰減。
9.如權利要求7所述的寬帶信號調理電路，其特徵在於，所述LMH6518電路包括20MHz、100MHz、200MHz、350MHz、650MHz、750MHz 及全帶寬控制電路，用於實現 20MHz、100MHz、200MHz、350MHz、650MHz、750MHz 的帶寬限制。
【文檔編號】G01R13/00GK103604963SQ201310571826
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】楊江濤, 呂增強, 劉洪慶, 王勵, 邵成華, 向前 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所