示波器是時(shí)域測量領(lǐng)域最常用儀器，由于數(shù)字存儲示波器在數(shù)據(jù)處理、波形數(shù)據(jù)保持和存儲以及能耗等方面的優(yōu)勢，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)模擬示波器，成為示波器市場上的主流產(chǎn)品。其中手持式數(shù)字存儲示波表更是以體積小、攜帶方便、功能豐富、便于野外和現(xiàn)場測試等特點(diǎn)受到廣泛歡迎。手持示波表的前端模擬信號調(diào)理電路關(guān)系到示波表帶寬和垂直測量精度，示波表的關(guān)鍵電路單元，這里提出一種手持示波表前端模擬信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)方案。
1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)
手持?jǐn)?shù)字示波表總體硬件結(jié)構(gòu)如圖l所示，其主要由前端模擬信號調(diào)理電路、高速A/D轉(zhuǎn)換與存儲電路、時(shí)基電路、觸發(fā)電路、取樣控制電路、DSP、CPU及其外圍電路組成。
手持?jǐn)?shù)字存儲示波表的工作原理：由外部輸入的模擬信號經(jīng)前端信號調(diào)理電路調(diào)整后送入高速A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，高速存儲電路再對A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行緩存，A/D轉(zhuǎn)換的采集時(shí)鐘以及高速存儲電路的讀寫受觸發(fā)電路與時(shí)基電路控制，CPU將要顯示的波形數(shù)據(jù)送往LCD顯示屏，將需要保存的波形數(shù)據(jù)寫入非易失存儲器。數(shù)字信號處理器DSP能夠?qū)Σㄐ螖?shù)據(jù)進(jìn)行各種分析處理。這其中前端信號調(diào)理電路可使經(jīng)過調(diào)理后的信號峰峰值和偏置電壓都滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求，并為了保證示波器輸入信號不受示波表內(nèi)部電路的影響以及為了防止示波表被高電壓信號損壞，示波表的前端信號調(diào)理電路還應(yīng)提供高輸入阻抗、低輸出阻抗以及高頻補(bǔ)償電路和故障保護(hù)電路。此外手持式示波表采用電池供電，電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用低功耗器件。
示波表模擬信號調(diào)理電路具有如下特點(diǎn)：1)垂直靈敏度范圍為5 mV/div～5 V/div(1-2-5步進(jìn)，可程控);2)最大輸入電壓為350 Vp-p;3)輸入阻抗為1 MΩ/125pF;4)帶寬10 MHz，改變高頻補(bǔ)償電容可將帶寬提升到100 MHz;5)具有故障保護(hù)功能;6)低功耗、省電。
圖2是手持?jǐn)?shù)字示波表模擬信號調(diào)理電路的原理框圖，該電路主要由無源衰減網(wǎng)絡(luò)、故障保護(hù)電路、寬帶可程控放大器以及A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)放大器組成。
由于示波表的測量范圍是有限的，并使用A/D轉(zhuǎn)換器，而A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號電壓要求是1 Vp-p;其參考電平一般為1.25 V。所以信號被A/D轉(zhuǎn)換器采樣之前，要經(jīng)衰減或放大。這里無源衰減網(wǎng)絡(luò)提供÷1、÷10、÷100、÷1000等4個(gè)衰減比。通過示波表主CPU控制電子開關(guān)根據(jù)不同的垂直靈敏度檔位進(jìn)行選擇，將信號調(diào)整到適合電路處理的合適范圍，故障保護(hù)電路提供過壓保護(hù)功能，防止輸入電壓過大時(shí)損壞元器件，主放大器提供2×、4×、8×的放大倍數(shù)，同樣通過示波表主CPU控制電子開關(guān)根據(jù)不同的靈敏度檔位進(jìn)行選擇，經(jīng)過調(diào)理后的信號送入A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)放大器產(chǎn)生適合A/D轉(zhuǎn)換器輸入端所需的合適電平。
2 示波表模擬信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)
圖3給出手持?jǐn)?shù)字示波表模擬信號調(diào)理部分設(shè)計(jì)電路。
