示波器夢(mèng)想之硬件電路設(shè)計(jì)（一）

圖1耦合電路

所設(shè)計(jì)的耦合電路如上圖1所示：

數(shù)字示波器的輸入信號(hào)從BNC無(wú)源探頭輸入，由于輸入的模擬信號(hào)中有交流成分和直流成分在里面，所以此部分電路用來(lái)供用戶選擇是否需要測(cè)量輸入信號(hào)的直流成分。C35是耦合電容，用來(lái)隔離輸入信號(hào)的直流成分。耦合電容的值是根據(jù)后級(jí)輸入阻抗來(lái)計(jì)算，耦合電容與后面的負(fù)載電阻構(gòu)成了RC高通濾波器，由RC高通濾波器的截止頻率計(jì)算公式（式1）

式1

后級(jí)信號(hào)調(diào)理電路的輸入阻抗是1M歐姆，所以為了使輸入信號(hào)能夠低至1Hz的交流信號(hào)，所以截止頻率應(yīng)該低于1Hz，所計(jì)算而得的C電容值 應(yīng)該大于0.16uF ，所以這里耦合電容的值取1uF 。

由交流輸入到直流輸入的切換用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了盡量減小繼電器切換時(shí)所引入的機(jī)械噪聲以免影響輸入信號(hào)，這里繼電器選用松下的小型信號(hào)繼電器TQ2-5V。由電路可知，繼電器斷開時(shí)為交流耦合方式，繼電器吸合時(shí)為直流耦合方式。

2信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

信號(hào)調(diào)理電路可分為兩個(gè)部分，第一部分是衰減網(wǎng)絡(luò)電路，第二部分是程控放大電路。

（1）衰減網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)

圖2衰減網(wǎng)絡(luò)電路

所設(shè)計(jì)的衰減網(wǎng)絡(luò)電路如圖2 所示。利用電阻串聯(lián)的分壓原理，衰減網(wǎng)絡(luò)電路實(shí)現(xiàn)兩級(jí)衰減，當(dāng)繼電器K2斷開時(shí)，輸入信號(hào)被衰減到原來(lái)的0.5，即衰減2倍；當(dāng)繼電器K2吸合時(shí)，輸入信號(hào)被衰減到原來(lái)的0.02，即衰減50倍。電阻旁邊的電容起頻率補(bǔ)償作用。之所以選擇的是可調(diào)電容，那是因?yàn)槲粗拇郎y(cè)信號(hào)的頻率是在可變的一個(gè)范圍里，如果輸入信號(hào)頻率很低，輸入電容對(duì)其還不會(huì)有多大影響，如果頻率上升，待測(cè)點(diǎn)的等效電阻和示波器輸入端的輸入電容會(huì)形成一個(gè)積分電路，如此便會(huì)造成高頻失真。所以為了避免此失真情況出現(xiàn)，在電阻旁邊并聯(lián)進(jìn)容值可調(diào)的電容來(lái)形成一個(gè)微分電路，去抵消積分電路的效應(yīng)。同樣的，為了減小機(jī)械噪聲，繼電器選用了松下電器的信號(hào)繼電器TQ2-5V。

（2）程控放大電路設(shè)計(jì)

圖3 程控放大電路

所設(shè)計(jì)的程控放大電路如圖3所示，衰減后的信號(hào)先經(jīng)過的是由高性能、低噪聲的電壓反饋型放大器AD8066組成的電壓跟隨器，然后經(jīng)過限流電阻R27進(jìn)入到壓控增益放大器AD603。AD603是ADI公司生產(chǎn)的低噪聲、90MHz帶寬的可變?cè)鲆娣糯笃?，增益以dB為線性，經(jīng)過精密校準(zhǔn)，而且不隨溫度和電源電壓而變化。增益由高阻抗(50 MΩ)、低偏置(200 nA)差分輸入控制；比例因子為25 mV/dB，因此僅需要1 V的增益控制電壓就能覆蓋增益范圍的中間40 dB。所以改變AD603的控制電壓即可改變?cè)撈骷姆糯蟊稊?shù)。1號(hào)引腳恒定輸入1.25V電壓，2號(hào)引腳的電壓由一片D/A轉(zhuǎn)換器TLV5618A來(lái)輸出。

由于AD603的高度靈敏性，控制電壓稍微不穩(wěn)即可能引起震蕩，所以電阻R38和電容C51組成截止頻率為7.2Hz的低通濾波器，避免過多高頻噪聲的引入；然后用AD8066運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器輸出到AD603。TLV5618A是德州儀器生產(chǎn)的雙路串行12位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器，兩路D/A輸出，輸出A是控制AD603的放大倍數(shù)。

由于后級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器ADS830的輸入模擬電壓范圍是1.5V~3.5V，基線輸入電壓是2.5V，為了盡量利用A/D轉(zhuǎn)換器的量程，所以需要給前端輸入的模擬信號(hào)加上2.5V的偏置電壓。雙路D/A轉(zhuǎn)換器TLV5618A的另外一路輸出OUTB就是為了給輸入信號(hào)加入2.5V的偏置電壓而設(shè)計(jì)的。同樣的，為了保證這2.5V電壓的穩(wěn)定，中間加入反相電壓跟隨器。

由于衰減網(wǎng)絡(luò)至少是衰減了0.5倍，為了得到增益為1時(shí)的信號(hào)，所以在程控放大電路的最后一級(jí)設(shè)計(jì)了同相放大器，放大倍數(shù)是2倍，如此一樣 ，原輸入信號(hào)就能原封不動(dòng)地進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器。所用運(yùn)放是增益帶寬比高達(dá)145MHz的電壓反饋型放大器AD8065，其極高的輸入阻抗和極低的噪聲大大保證了信號(hào)的可靠傳輸。