专利名称：一种具有频响补偿电路的示波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试测量技术领域，特别是涉及一种具有频响补偿电路的示波器。
背景技术：
示波器的输入电阻是示波器的一个重要指标，示波器连接到被测电路后，示波器的输入电阻就变成了被测电路的一部分。不波器的输入电阻一般有两种模式，低阻输入(一般为50Ω或75Ω)和高阻输入(一般为1ΜΩ)。高阻输入时，对被测电路的影响比较小，但是受寄生电容影响，带宽不高。下面，以50Ω低阻输入为例进行说明。50Ω输入电阻用来和输出阻抗为50 Ω的被测电路进行阻抗匹配，如果二者不匹配，则会发生信号反射，不利于高带宽的实现。50Ω输入电阻时，示波器的带宽能够做的很高，目前已经有几十GHz的示波器了。如图1所示，为现有技术一种示波器的结构示意图。示波器10包括依次串联的BNC接口 106、输入衰减控制模块101、模拟前端放大电路102、A/D转换模块103和数字处理模块104，以及串联在控制处理模块104和模拟前端放大电路102之间的D/A转换模块105，输入衰减控制模块101包括一个终端电阻1011，终端电阻1011 —端接地、另一端通过一连接节点1012与模拟前端放大电路102的输入端相连。终端电阻1011也即示波器100的输入电阻，它是源电阻的终端匹配电阻，源电阻也就是被测电路的输出电阻。被测信号a由BNC接口接入，并输入至输入衰减控制模块101进行增益调节；经增益调节后的被测信号由输入衰减控制模块101输入至模拟前端放大电路102，由模拟前端放大电路102进行放大、衰减、带宽限制、驱动等预处理；之后，经预处理的被测信号输入给A/D转换模块103，进行模数转换处理，也即对被测信号进行采样，得到数字信号；最后，将数字信号输入至数字处理模块104进行数字处理，数字处理模块104的数据输出端输出用于波形显示的采样数据b。此外，数字处理模块104的控制输出端还产生一控制信号C，用以控制D/A转换模块105产生偏置信号，模拟前端放大电路102依据该偏置信号进行偏置处理。终端电阻1011可以只是单个的50Ω电阻，也可以是多个电阻并联构成50 Ω ;输入衰减控制模块101还可以包括连接在其输入端和连接节点之间的衰减电路1013,衰减电路1013可以是直通衰减切换模块，也可以是衰减网络。图2为输入衰减控制模块101的结构示意图。如图2(a)所示，为一种输入衰减控制模块的结构示意图，衰减电路1013由直通衰减切换模块构成。当小垂直灵敏度时，继电器RLl切换至上方直通电路1014 ;大垂直灵敏度时，继电器RLl切换至下方的50 Ω衰减模块1015，对被测信号进行衰减后输出给50 Ω终端电阻，其中，衰减电路1013的输入电阻也是50Ω，用于和源电阻匹配。如图2(b)所示，为另一种输入衰减控制模块的示意图，衰减电路1013由衰减网络构成。衰减网络可能为一个半导体芯片，也可能是可控的电阻网络。其输入电阻也为50 Ω，用于和源电阻匹配，输出也需要接50Ω的终端电阻进行阻抗匹配。衰减网络可设置衰减倍数为1，也可以是小于1，衰减的倍数可控。现有技术中前端的频率响应主要由输入衰减控制模块101和模拟前端放大电路102的频响决定。如果输入衰减控制模块101或者模拟前端放大电路102的频响曲线不平坦，即在不同频率处响应大小不一致，超出了指标要求，或希望频响曲线更加平坦，这时就需要进行频响补偿。为了解决上述问题，现有技术的做法是在模拟前端放大电路102和A/D转换模块103之间增加补偿网络，对频响曲线进行补偿，以达到需要的平坦度，如图3所示，为现有技术一种具有频响补偿电路的示波器的结构示意图。示波器30的模拟前端放大电路102和A/D转换模块103之间依次串联连接有RC补偿网络301和LC补偿网络302，这两个补偿网络可以单独在，也可以共同存在。RC补偿网络301的第一输入端和第一输出端之间连接有RU Cl并联的RC电路，其第二输入端和第二输出端之间连接有R2、C2并联的RC电路。LC补偿网络302的第一输入端和第一输出端之间连接有LI,第二输入端和第二输出端之间连接有L2，第一输出端和第二输出端连接有C3。RC补偿网络301的工作原理如下:高速A/D转换模块103的输入电阻一般比较小，一般为差分100 Ω，通过增加RC并联网络，当信号频率比较低时，C1、C2近似断路，信号经过电阻Rl、R2和A/D转换模块103内阻分压；当信号频率逐渐升高，Cl、C2的容抗逐渐变小，A/D转换模块103输入信号的幅度就是R1、C1、R2、C2并联阻抗和A/D转换模块103输入电阻的分压，由于C1、C2容抗变小，导致R1、C1、R2、C2并联阻抗变小，从而A/D转换模块103输入的信号幅度变大。如图4所示，为现有技术的频响补偿原理示意图。增加RC补偿网络301后的效果是当被测信号频率升高，A/D转换模块103的输入逐渐增大，使频响曲线的高频端往上翘。LC补偿网络302的工作原理如下:模拟前端放大电路102差分输出上增加电感L1、L2，连接到A/D转换模块103的两个输入端，同时上述两个输入端之间连接C3。构成了LC低通网络。结合图4，当模拟前端放大电路102的频响曲线在高频比较大时，可以通过调整LC补偿网络，使高频时幅度降低，达到调节频响曲线的作用。现有技术利用RC补偿网络301和LC补偿网络302对频响进行调节，能够使频响曲线在高频时上升和下降，但是存在以下缺点:1、补偿频率范围有限，模拟前端放大电路的频响在高频时往往有波峰，如果波峰峰值很大，需要将波峰处的幅度降低，则通过低通LC补偿网络，才能将很大的波峰衰减为平坦幅度，但此时，LC补偿网络对频率较低处的幅值也会衰减很多，不可避免的会影响部分低频段的频响曲线。2、RC补偿网络会影响直流时的增益。因为直流时，A/D转换模块103的输入变成了电阻Rl、R2和A/D转换模块内阻的分压。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有频响补偿电路的示波器，避免对高频进行频响补偿时影响低频段的频响曲线、并且避免影响直流时的增益。为了解决上述问题，本发明公开了一种具有频响补偿电路的示波器，包括一个用于获取被测信号的模拟接入单元和一个用于对所述被测信号执行数字采样的模数处理单元，所述模数处理单元包括依次串联连接在模数处理单元的输入端和模数处理单的输出端之间的A/D转换模块和数字处理模块；所述模拟接入单元的输出端和所述模数处理单元的输入端之间串联连接有频响补偿电路，所述频响补偿电路包括:由一个电阻、一个电容和一个电感并联构成的RLC并联电路，所述RLC并联电路连接在所述频响补偿电路的输入端和所述频响补偿电路的输出端之间。本发明根据电阻、电容和电感的取值，可以调整补偿的频率范围；根据频响补偿电路的Q值，可以对具有较大波峰的原频响曲线中进行补偿，并且频率补偿选频性能好，频响补偿电路的波谷与原频响曲线的波峰相对应，对高频补偿时，不影响相对低的频段。而且当信号频率很低时，电感近似短路，终端电阻上的值就是信号输入值，不影响直流增益。此外，本发明降低了对电路的设计要求，电路简单、成本低。作为一种示例，在本发明中，所述模拟接入单元包括串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口 ；所述模数处理单元包括依次串联连接在所述模数处理单元的输入端和所述模数处理单元的输出端之间的连接节点、模拟前端放大电路、A/D转换模块和数字处理模块，所述模数处理单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端连接所述连接节点。作为一种举例说明，在本示例中，所述BNC接口的输出端和所述模拟接入单元的输出端之间串联连接有衰减电路。作为又一种举例说明，在本示例中，所述模数处理单元的输入端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。作为一种示例，在本发明中，所述模拟接入单元包括依次串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口和连接节点，所述模拟接入单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端连接所述连接节点；所述模数处理单元包括依次串联连接在所述模数处理单元的输入端和所述模数处理单元的输出端之间的模拟前端放大电路、A/D转换模块和数字处理模块。作为一种举例说明，在本示例中，所述BNC接口的输出端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。作为一种示例，在本发明中，所述模拟接入单元包括依次串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口、连接节点和模拟前端放大电路，所述模拟接入单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端通过连接所述连接节点。作为一种举例说明，在本示例中，所述BNC接口的输出端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。作为一种举例说明，在本示例中，所述模拟接入单元具有两个输出端，所述模数处理单元具有两个输入端；所述模拟前端放大电路具有与所述模拟接入单元的两个输出端分别相连的两个输出端；所述A/D转换模块具有与所述模数处理单元的两个输入端分别相连的两个输入端；所述频响补偿电路具有与所述模拟接入单元的两个输出端分别相连的两个输入端，以及与所述模数处理单元的两个输入端分别相连的两个输出端；所述频响补偿电路由两个RLC并联电路构成；一个RLC并联电路串联在所述频响补偿电路的一个输入端和一个输出端之间；另一个RLC并联电路串联在所述频响补偿电路的另一个输入端和另一个输出端之间。作为一种示例，在本发明中，所述频响补偿电路的频响曲线在波谷处的频率与模拟前端单元的频响曲线在波峰处的频率相同；所述频响补偿电路的频响曲线的波谷幅值与所述模拟前端单元频响曲线的波峰幅值相对应；所述模拟前端单元由依次串联的BNC接口、衰减电路、模拟前端放大电路和A/D转换模块中的几个组合构成，所述模拟单元还具有一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端通过一连接节点与所述模拟前端放大电路的输入端连接。作为一种示例，在本发明中，所述模拟前端单元的频响曲线具有多个波峰时，所述模拟接入单元的输出端和所述模数处理单元的输入端之间串联连接有相对应的多个频响补偿电路。使用多个补偿网络级联，可以对具有多个波峰的原频响曲线进行补偿。
图1是现有技术一种示波器的结构示意图；图2是图1中输入衰减控制模块的结构示意图；图3是现有技术一种具有频响补偿电路的示波器的结构示意图；图4是现有技术的频响补偿原理示意图；图5是本发明一种具有频响补偿电路的示波器实施例的结构示意；图6是本发明示波器实施例中原频响曲线的示意图；图7是本发明示波器实施例中频响补偿原理的示意8是本发明示波器实施例中示例I的结构示意图；图9是本发明示波器实施例中示例2的结构示意图；图10是本发明示波器实施例中示例3的结构示意图；图11是本发明示波器实施例中示例4的结构示意图；图12是本发明示波器实施例中示例5的结构示意图；图13是本发明示波器实施例中示例6的结构示意图；图14是本发明示波器实施例中示例7的结构示意图；图15是本发明示波器实施例中示例8的结构示意图；图16是本发明示波器实施例中示例9的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参照图5，示出了本发明一种具有频响补偿电路的示波器实施例的结构示意，本实施例提出的示波器50包括:模拟接入单元51，其获取被测信号，被测信号由模拟接入单元51的输入端接入；模数处理单元52，其对所述被测信号执行数字采样。模数处理单元52包括:依次串联连接在模数处理单元52的输入端和模数处理单52的输出端之间的A/D转换模块521和数字处理模块522，模数处理单52的输出端输出用于波形显示的采样数据。进一步，模拟接入单元51的输出端和模数处理单元52的输入端之间串联连接有频响补偿电路53，频响补偿电路53包括:由一个电阻R、一个电容C和一个电感L并联构成的RLC并联电路531，RLC并联电路531连接在频响补偿电路53的输入端和频响补偿电路53的输出端之间。本发明将频响补偿电路53增加到模拟接入单元51和模数处理单元52之间，利用频响补偿电路53中RLC并联电路531的带阻特性，使频响补偿电路53的频响曲线(也称带阻曲线)在波谷处的频率和原频响曲线在波峰处的频率相同，频响补偿电路53的频响曲线的波谷幅值与原频响曲线的波峰幅值相对应，高度一致或者大体相当。所述原频响曲线为模拟前端单元的频响曲线，模拟前端单元由模拟接入单元51、不具有数字处理模块522的模数处理单元52所构成。通过将原频响曲线的波峰和带阻曲线的波谷叠加，从而使叠加后波峰频率处的频响曲线平坦，达到频响补偿的目的。RLC并联电路531由一个电阻R、一个电感L和一个电容C,三者并联构成。在具体实施时，电阻R、电感L和电容C并联摆放，三者尽量靠近，并减少三者之间走线的长度，从而减小寄生电感。电感L和电容C确定谐振点频率，使该频率和原频响曲线波峰频率一致；电阻R、电感L和电容C确定频响补偿电路53的品质因数Q值，Q值越大，频响曲线的波谷越尖，即频带越窄，频率选择性越好，越能够补偿波峰更大的原频响曲线。设电容C的容抗为Xc = 1/(2 Π fC)，电感L的感抗为Xl = 2 Π fL，当Xc = Xl时，RLC并联电路531产生谐振，能量在电感L和电容C之间往复交换。此时谐振频率
权利要求
1.一种具有频响补偿电路的示波器，包括一个用于获取被测信号的模拟接入单元和一个用于对所述被测信号执行数字采样的模数处理单元，所述模数处理单元包括依次串联连接在模数处理单元的输入端和模数处理单的输出端之间的A/D转换模块和数字处理模块； 其特征在于， 所述模拟接入单元的输出端和所述模数处理单元的输入端之间串联连接有频响补偿电路，所述频响补偿电路包括:由一个电阻、一个电容和一个电感并联构成的RLC并联电路，所述RLC并联电路连接在所述频响补偿电路的输入端和所述频响补偿电路的输出端之间。
2.如权利要求1所述的示波器，其特征在于， 所述模拟接入单元包括串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口 ； 所述模数处理单元包括依次串联连接在所述模数处理单元的输入端和所述模数处理单元的输出端之间的连接节点、模拟前端放大电路、A/D转换模块和数字处理模块，所述模数处理单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端连接所述连接节点。
3.如权利要求2所述的示波器，其特征在于， 所述BNC接口的输出端和所述模拟接入单元的输出端之间串联连接有衰减电路。
4.如权利要求2所述的示波器，其特征在于， 所述模数处理单元的输入端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。
5.如权利要求1所述的示波器，其特征在于， 所述模拟接入单元包括依次串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口和连接节点，所述模拟接入单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端连接所述连接节点； 所述模数处理单元包括依次串联连接在所述模数处理单元的输入端和所述模数处理单元的输出端之间的模拟前端放大电路、A/D转换模块和数字处理模块。
6.如权利要求5所述的示波器，其特征在于， 所述BNC接口的输出端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。
7.如权利要求1所述的示波器，其特征在于， 所述模拟接入单元包括依次串联连接在所述模拟接入单元的输入端和所述模拟接入单元的输出端之间的BNC接口、连接节点和模拟前端放大电路，所述模拟接入单元还包括一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端通过连接所述连接节点。
8.如权利要求7所述的示波器，其特征在于， 所述BNC接口的输出端和所述连接节点之间串联连接有衰减电路。
9.如权利要求7所述的示波器，其特征在于， 所述模拟接入单元具有两个输出端，所述模数处理单元具有两个输入端； 所述模拟前端放大电路具有与所述模拟接入单元的两个输出端分别相连的两个输出端; 所述A/D转换模块具有与所述模数处理单元的两个输入端分别相连的两个输入端； 所述频响补偿电路具有与所述模拟接入单元的两个输出端分别相连的两个输入端，以及与所述模数处理单元的两个输入端分别相连的两个输出端；所述频响补偿电路由两个RLC并联电路构成； 一个RLC并联电路串联在所述频响补偿电路的一个输入端和一个输出端之间；另一个RLC并联电路串联在所述频响补偿电路的另一个输入端和另一个输出端之间。
10.如权利要求3、4、6、8任一项所述的示波器，其特征在于， 所述频响补偿电路的频响曲线在波谷处的频率与模拟前端单元的频响曲线在波峰处的频率相同； 所述频响补偿电路的频响曲线的波谷幅值与所述模拟前端单元频响曲线的波峰幅值相对应； 所述模拟前端单元由依次串联的BNC接口、衰减电路、模拟前端放大电路和A/D转换模块中的几个组合构成，所述模拟单元还具有一个终端电阻，所述终端电阻一端接地、另一端通过一连接节点与所述模拟前端放大电路的输入端连接。
11.如权利要求10所述的示波器，其特征在于， 所述模拟前端单元的频响曲线具有多个波峰时，所述模拟接入单元的输出端和所述模数处理单元的输入端 之间串联连接有相对应的多个频响补偿电路。
全文摘要
本发明提供了一种具有频响补偿电路的示波器，包括模拟接入单元和模数处理单元，模拟接入单元的输出端和模数处理单元的输入端之间串联连接有频响补偿电路，频响补偿电路包括由一个电阻、一个电容和一个电感并联构成的RLC并联电路，RLC并联电路连接在频响补偿电路的输入端和频响补偿电路的输出端之间。本发明根据电阻、电容和电感的取值，可以调整频响补偿的频率范围；并且频率补偿选频性能好，由于频响补偿电路的波谷与原频响曲线的波峰相对应，因此对峰值较大的高频补偿时，不影响相对低的频段；此外，当信号频率很低时，电感近似短路，终端电阻上的值就是信号输入值，不影响直流增益。
文档编号G01R13/02GK103185823SQ20111044897
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者史慧, 王悦, 王铁军, 李维森 申请人:北京普源精电科技有限公司