专利名称：具有触发耦合功能的示波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种显示电变量或波形的装置，特别涉及到示波器。
背景技术：
示波器是一种常用的测量装置，是一种图形显示设备，它分为模拟示波器和数字 示波器。模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电 子束在垂直方向描绘电压。与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器把被测量转换 为数字信息。它捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，随后，数字示波器重构波 形。数字示波器的最大优点之一是它能够存储波形，随后再做观察。数字示波器又分为数 字存储示波器、数字荧光示波器和采样示波器。触发对于示波器是很重要的，示波器的触发功能对表现清晰的信号特性非常重 要。触发控制可以稳定重复波形，采集单脉冲波形。触发使重复波形能够在示波器屏幕上 稳定显示，实现方法是不断地显示输入信号的相同部分。示波器有很多触发方式，模拟和数字示波器都有边缘触发的方式，边缘触发是最 基本和常见的类型，模拟和数字示波器都提供触发门限，除此之外，许多数字示波器提供许 多特定的触发设置。触发的设置中触发耦合方式是很重要的一个设置项目，就像在垂直系 统中选择AC或DC那样，可以为触发信号选择各种耦合方式。除AC和DC耦合之外，还有高 频抑制、低频抑制和噪声抑制的触发耦合方式，用于实现对输入触发比较器的信号进行不 同的调理，以满足不同信号的触发测量要求。参照图1，现有技术示波器1包含触发源信号输入端10、触发耦合模块11、触发比 较器12、触发电路13、控制处理模块14，触发耦合模块11、触发比较器12，触发电路13依次 串联在触发源信号输入端10及控制处理模块14之间。触发耦合模块11由DC/AC选择模 块111、DC/低频抑制选择模块112、DC/高频抑制选择模块113组成，触发源信号输入端10 连接DC/AC选择模块111，DC/低频抑制选择模块112连接在DC/AC选择模块111和DC/高 频抑制选择模块113之间，DC/高频抑制选择模块113连接触发比较器12。触发源信号从触发源信号输入端10输入到DC/AC选择模块111，根据用户设置，选 择不同的耦合方式，触发比较器12的输出作为触发输出，送给逻辑控制处理模块14进行触 发的判断。触发比较器12可以是单路比较器也可以是双路比较器。控制处理模块14可以 由CPU、MCU构成，也可以由CPU与FPGA、DSP组合构成或MCU与FPGA、DSP组合构成。现有技术存在以下问题触发耦合模块电路级联，需要的元器件较多，电路复杂，成本偏高，电路占用的PCB面积较大，不利于集成。同时无法将高低频分量分离，不能实现 较高的直流精确度和较好的高频响应。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是解决现有技术的不足，提供一种具有触发耦 合功能的示波器。[0009]为解决上述技术问题，本实用新型提供的示波器，包括一触发源信号输入端、一 触发耦合模块、一触发比较器、一触发电路、一控制处理模块；所述触发耦合模块、触发比 较器，触发电路依次串联在触发源信号输入端及控制处理模块之间；所述触发耦合模块由 DC/AC/低频抑制选择电路、缓冲电路，高频抑制电路组成；所述触发源信号输入端连接DC/ AC/低频抑制选择电路，所述缓冲电路连接在所述DC/AC/低频抑制选择电路及触发比较器 之间，所述高频抑制电路一端连接缓冲电路的输出及触发比较器的输入，另一端连接控制 处理模块。所述DC/AC/低频抑制选择电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、一电容、一单 刀单掷开关，一单刀双掷开关；触发源信号输入端分别连接所述第二电阻一端、第三电阻一 端，所述第二电阻另一端顺序连接所述电容、单刀单掷开关动触点，单刀单掷开关静触点分 别连接第一电阻一端及单刀双掷开关的一个静触点，第一电阻的另一端连接电源，单刀双 掷开关的另一静触点连接第三电阻另一端，单刀双掷开关的动触点连接缓冲电路，单刀单 掷开关的控制端和单刀双掷开关的控制端连接控制处理模块。所述DC/AC/低频抑制选择电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一电容，一模拟开关，触发源信号输入端分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一 端，第一电阻的另一端连接所述模拟开关的1管脚，第二电阻的另一端顺序连接所述电容 和模拟开关的第一独立端，所述第三电阻的一端连接电源，另一端连接模拟开关的第二独 立端，所述第四电阻的一端连接模拟开关的共同端，另一端连接缓冲电路，所述控制处理模 块连接所述模拟开关的第一选择端和第二选择端。所述模拟开关型号可以为74HC4053。所述DC/AC/低频抑制选择电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第 一电容、一第二电容，一模拟开关，触发源信号输入端分别连接第一电阻的一端、第二电阻 的一端，第一电阻的另一端顺序通过所述第一电容连接到模拟开关的第二动触点和第二定 触点，第二电阻的另一端连接所述模拟开关的第一定触点，第二电容的一端和第三电阻的 一端连接电源，第二电容的另一端接地，第三电阻的另一端分别连接模拟开关的第三定触 点和第四定触点，模拟开关的第一动触点连接缓冲电路，所述控制处理模块连接锁所述模 拟开关的第一控制管脚和第二控制管脚。所述模拟开关型号可以为ADG787。所述缓冲电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第一电容、一第二电 容、一第三电容、一运放、一 NPN三极管；所述第一电容的一端连接触发源信号输入端，另一 端分别连接第一电阻的一端，及NPN三极管的基极，第一电阻的另一端连接所述运放的输 出端，所述第二电容的一端分别连接运放的同相输入端及DC/AC/低频抑制选择电路的输 出端，第二电容的另一端接地，运放的反相输入端分别连接第三电阻的一端及第三电容的 一端，第三电容的另一端连接运放的输出端，NPN三极管的集电极接电源，NPN三级管的发 射极分别连接第二电阻的一端、第三电阻的一端及高频抑制电路，第二电阻的另一端接地。所述高频抑制电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容，NPN三极管，所 述第一电阻的一端接收控制处理模块发出的控制信号，另一端分别连接第一电容的一端及 NPN三极管的基极，第一电容的另一端接地，NPN三极管的发射极接地，所述第二电阻一端 连接缓冲电路的输出端，另一端分别连接第二电容的一端及触发比较器，第二电容的另一端连接NPN三极管的集电极，高频抑制电路的控制端连接控制处理模块。本实用新型与现有技术相比有如下有益效果本实用新型将DC耦合、AC耦合、低 频抑制、高频抑制，利用模拟开关、运算放大器和三极管进行组合，降低了电路的复杂程度， 解决了级联器件多、成本高的问题，使触发耦合模块电路占用的PCB面积减小。本实用新型 同时能够将高低频分量分离，可以实现较高的直流精确度和较好的高频响应。
图1是现有技术示波器1的原理说明图图2是本实用新型示波器2的原理说明图图3是本实用新型的具体实施例1的原理图图4是本实用新型的具体实施例2的原理图图5是本实用新型的具体实施例3的原理图
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。实施例1 参照图2，示波器2包括触发源信号输入端20、触发耦合模块21、触发比较器22、 触发电路23、控制处理模块24 ；触发耦合模块21、触发比较器22，触发电路23依次串联在 触发源信号输入端20及控制处理模块24之间。触发耦合模块21由DC/AC/低频抑制选择 电路211、缓冲电路212，高频抑制电路213组成；触发源信号输入端20连接DC/AC/低频抑 制选择电路211，缓冲电路212连接在DC/AC/低频抑制选择电路211及触发比较器22之 间，高频抑制电路213—端连接缓冲电路212的输出及触发比较器22的输入，另一端连接 控制处理模块24。参照图3，在本实施例中，DC/AC/低频抑制选择电路211包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容Cl、单刀单掷开关Si，单刀双掷开关S2 ；触发源信号输入端20分别连接电阻R2 一端、电阻R3 —端，电阻R2另一端顺序连接电容Cl、单刀单掷开关Sl动触点，单刀单掷开 关Sl静触点分别连接电阻Rl —端及单刀双掷开关的静触点1，电阻Rl的另一端连接电源 VDD,单刀双掷开关S2的静触点3连接电阻R3另一端，单刀双掷开关S2的动触点2连接缓 冲电路212，单刀单掷开关Sl的控制端A和单刀双掷开关S2的控制端B连接控制处理模块 24。缓冲电路212由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4、电容C3、电容C2、运放U1、三极 管Ql组成；电容C4的一端连接触发源信号输入端20，另一端连接电阻R4的一端，及三极 管Ql的基极，电阻R4的另一端连接运放Ul的输出端，电容C3的一端连接运放Ul的同相 输入端及DC/AC/低频抑制选择电路211的输出端，电容C3的另一端接地，运放Ul的反相 输入端分别连接电阻R5的一端及电容C2的一端，电容C2的另一端连接运放Ul的输出端， 三极管Ql的集电极接电源VCC，三级管Ql的发射极分别连接电阻R6的一端、电阻R5的一 端及高频抑制电路213，电阻R6的另一端接地。高频抑制电路213由电阻R7、电阻R8、电容C5、电容C6，三极管Q2组成，电阻R8 的一端接收控制处理模块24发出的控制信号，另一端分别连接电容C6的一端及三极管Q2的基极，电容C6的另一端接地，三极管Q2的发射极接地，电阻R7 —端连接缓冲电路212的 输出端，另一端分别连接电容C5的一端及触发比较器22，电容C5的另一端连接三极管Q2 的集电极，控制端C连接控制处理模块24。工作过程如下当选择DC耦合时，参照图2和图3，控制处理模块24控制S2的控制端B将S2切 换到静触点3，触发源信号通过R3输入到运放Ul的同相输入端，由于C3的滤波、运放带宽 的限制，只有低频的分量能够通过运放U1。同时触发源信号的高频分量通过C4耦合到三极 管Ql的基极，通过三极管的射级输出。低频分量通过给三级管Ql提供偏置的方式，叠加到 高频分量上，从而完成了高频分量和低频分量经过不同路径缓冲的过程。其中R6用于给三 极管Ql提供一个对地的电流路径，C2、R5用于调整低频路径的频率响应，R4、C4用于调整 高频路径的频率响应，通过C2、R5、R4、C4的调整，使得在高低频的结合处，也有一个平坦的 频率响应。 当选择AC耦合时，参照图2和图3，控制处理模块24控制S2的控制端B将S2切 换到静触点1，控制处理模块24控制Sl的控制端A将Sl闭合。则触发源信号通过R2、Cl 输入到运放Ul的同相输入端，VDD在AC耦合或低频抑制时给缓冲电路212提供一个固定 电平，用于维持缓冲电路212输出在触发比较器22正负电源之间的范围内。R2、C1组成高 通滤波电路，对VDD滤波，截止频率可以通过f= 1/(2ΠRC)进行计算，选择合适的R2，C1， 将截止频率控制在几KHz至几十KHz之间，以滤除直流分量。这样，输入运放的信号已经滤 除了触发源输入直流分量的信号。低频分量经放大器缓冲，高频分量经过电容C4和三极管 Ql缓冲，输入到触发比较器22。当选择低频抑制时，参照图2和图3，控制处理模块24控制S2的控制端B将S2切 换到静触点1，控制处理模块24控制Sl的控制端A将Sl断开。则触发源信号只通过C4，将 高频分量耦合到三极管Ql的基极，运放Ul的同相输入端输入为VDD，为缓冲电路212提供 一个固定电平，用于维持缓冲电路212输出在触发比较器22正负电源之间的范围内。C4和 R4构成一个高通电路，滤除低频抑制频率以下的频率，截止频率可以通过f = 1/(2 Π RC) 近似计算。这样，缓冲电路输出的偏置为固定电压VDD，滤除了触发源信号中的低频分量，完 成低频抑制的功能。缓冲电路212的输出信号输入到触发比较器22。当选择高频抑制功能时，参照图2和图3，控制处理模块24将高频抑制电路213 的控制端C设置为高电平，三极管Q2饱和导通，由于缓冲电路212的输出电阻较低，近似为 R6、C5构成低通滤波器，截止频率可以通过f= 1/(2 Π RC)计算。当关闭高频抑制功能时， 控制处理模块24将高频抑制电路213的控制端C设置为零电平，三极管Q2截止，对输入比 较器的信号没有影响。在本实施例中，三极管Ql和三极管Q2型号为MMBTH10LT1，运放Ul型号为TLC274。实施例2 参照图4，在本实施例中，DC/AC/低频抑制选择电路211包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C7，模拟开关U2 ；触发源信号输入端20分别连接电阻R9的一端、电 阻RlO的一端，电阻R9的另一端连接模拟开关U2的独立端Y1，电阻RlO的另一端顺序连接 电容C7和模拟开关U2的独立端Zl，电阻Rll的一端连接电源VDD，另一端连接模拟开关U2 的独立端Y0，电阻R12的一端连接模拟开关U2的共同端Y，另一端连接缓冲电路212。模拟开关U2的选择端C和选择端B分别连接控制处理模块24。缓冲电路212、高频抑制电路 213的组成和连接与实施例1中相应的组成和连接相同。在本实施例中，模拟开关U2型号为74HC4053。工作过程如下当选择DC耦合时，参照图2和图4，控制处理模块24控制模拟开关U2的选择端B，使模拟开关U2的独立端Yl连接共同端Y，触发源信号通过R9，R12连接到运放Ul同相 输入端。当选择AC耦合时，参照图2和图4，控制处理模块24控制模拟开关U2的选择端 B，使模拟开关U2的独立端Yl连接共同端Y，独立端Zl连接共同端Z。这样，触发源信号通 过R10、C7，R12连接到运放Ul同相输入端。AC耦合的截止频率由电阻R10、电容C7决定。当选择低频抑制时，参照图2和图4，控制处理模块24控制模拟开关U2的选择端 C，使模拟开关U2的独立端Yl连接共同端Y，独立端ZO连接共同端Z。这样，运放Ul的同 相输入端通过电阻Rl2、Rll连接到电源VDD上。选择高频抑制的工作过程与实施例1中的选择高频抑制的工作过程相同。实施例3 参照图5，在本实施例中，DC/AC/低频抑制选择电路211包括电阻R13、电阻R14、 电阻R15、电容C8、电容C9，模拟开关U3 ；触发源信号输入端20分别连接电阻R13的一端、 电阻R14的一端，电阻R13的另一端顺序连接电容C8和模拟开关U3的动触点D2和定触点 S2A，电阻R14的另一端连接模拟开关U3的定触点S1A，电源VDD分别连接电容C9的一端 和电阻R15的一端，电容C9的另一端接地，电阻R15的另一端分别连接模拟开关U3的定触 点SlB和定触点S2B，模拟开关U3的动触点Dl连接缓冲电路212。模拟开关U3的控制管 脚mi和控制管脚IN2分别连接控制处理模块24。缓冲电路212、高频抑制电路213的组 成和连接与实施例1中相应的组成和连接相同。在本实施例中，模拟开关U3型号为ADG787。工作过程如下当选择DC耦合时，参照图2和图5，控制处理模块24控制模拟开关U3的控制管 脚INl，使模拟开关U3的动触点Dl连接到定触点S1A，触发源信号通过电阻R14连接到运 放Ul的同相输入端。当选择AC耦合时，参照图2和图5，控制处理模块24控制模拟开关U3的控制管脚 IN1，使模拟开关U3的动触点Dl连接到定触点S1B，触发源信号通过电阻R13、电容C8连接 到运放Ul的同相输入端。AC耦合的截止频率由电阻R13、电容C8决定。当选择低频抑制时，参照图2和图5，控制处理模块24控制模拟开关U3的控制管 脚IN2，使模拟开关U3的动触点Dl连接到定触点S1B，动触点D2连接到定触点S2A。这样， 运放Ul的同相输入端通过电阻R15连接到VDD上。选择高频抑制的工作过程与实施例1中的选择高频抑制的工作过程相同。通过上述3和实施例可以看出，本实用新型将DC耦合、AC耦合、低频抑制、高频抑 制等功能，利用模拟开关、运算放大器和三极管进行组合，降低了电路的复杂程度，解决了 级联器件多、成本高的问题，使触发耦合模块21占用的PCB面积减小。同时，也可以看出，缓 冲电路212中的电容C4和运放Ul将高低频分量的路径分离开，高低频分量的路径分离后，高频信号走高频路径，可以实现较好的高频响应，低频分量走低频路径，可以实现较高的直流精确度。作为举例说明，上述实施例中的模拟开关U2和U3可以任意选择内部含多个开关 的模拟开关芯片，或用分立的开关连接构成。作为举例说明，上述实施例中的运放Ul可以选择任意精密运算放大器。作为举例说明，上述实施例中的三极管Ql和Q2可以选择任何三极管，只需要该三 极管满足触发电路的带宽要求即可。
权利要求一种具有触发耦合功能的示波器，包括一触发源信号输入端、一触发耦合模块、一触发比较器、一触发电路、一控制处理模块，所述触发耦合模块、触发比较器，触发电路依次串联在触发源信号输入端及控制处理模块之间，其特征在于所述触发耦合模块包括DC/AC/低频抑制选择电路、缓冲电路，高频抑制电路，所述触发源信号输入端连接DC/AC/低频抑制选择电路，所述缓冲电路连接在所述DC/AC/低频抑制选择电路及触发比较器之间，所述高频抑制电路连接缓冲电路的输出及触发比较器的输入，所述高频抑制电路还连接控制处理模块。
2.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于所述DC/AC/低频抑制选择电路包括一 第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一电容、一单刀单掷开关，一单刀双掷开关，触发源信 号输入端分别连接所述第二电阻一端、第三电阻一端，所述第二电阻另一端顺序连接所述 电容、单刀单掷开关动触点，单刀单掷开关静触点分别连接第一电阻一端及单刀双掷开关 的一个静触点，第一电阻的另一端连接电源，单刀双掷开关的另一静触点连接第三电阻另 一端，单刀双掷开关的动触点连接缓冲电路，所述单刀单掷开关的控制端和单刀双掷开关 的控制端连接控制处理模块。
3.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于所述DC/AC/低频抑制选择电路包括一 第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一电容，一模拟开关，触发源信号输入端 分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端，第一电阻的另一端连接所述模拟开关的1管 脚，第二电阻的另一端顺序连接所述电容和模拟开关的第一独立端，所述第三电阻的一端 连接电源，另一端连接模拟开关的第二独立端，所述第四电阻的一端连接模拟开关的共同 端，另一端连接缓冲电路，所述控制处理模块连接所述模拟开关的第一选择端和第二选择 端。
4.根据权利要求3所述的示波器，其特征在于所述模拟开关型号为74HC4053。
5.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于所述DC/AC/低频抑制选择电路包括一 第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第一电容、一第二电容，一模拟开关，触发源信号输 入端分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端，第一电阻的另一端顺序通过所述第一电 容连接到模拟开关的第二动触点和第二定触点，第二电阻的另一端连接所述模拟开关的第 一定触点，第二电容的一端和第三电阻的一端连接电源，第二电容的另一端接地，第三电阻 的另一端分别连接模拟开关的第三定触点和第四定触点，模拟开关的第一动触点连接缓冲 电路，所述控制处理模块连接锁所述模拟开关的第一控制管脚和第二控制管脚。
6.根据权利要求5所述的示波器，其特征在于所述模拟开关型号为ADG787。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的示波器，其特征在于所述缓冲电路包括一第 一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第一电容、一第二电容、一第三电容、一运放、一 NPN三 极管，所述第一电容的一端连接触发源信号输入端，另一端分别连接第一电阻的一端，及 NPN三极管的基极，第一电阻的另一端连接所述运放的输出端，所述第二电容的一端分别连 接运放的同相输入端及DC/AC/低频抑制选择电路的输出端，第二电容的另一端接地，运放 的反相输入端分别连接第三电阻的一端及第三电容的一端，第三电容的另一端连接运放的 输出端，NPN三极管的集电极接电源，NPN三级管的发射极分别连接第二电阻的一端、第三 电阻的一端及高频抑制电路，第二电阻的另一端接地。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的示波器，其特征在于所述高频抑制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第一电容、一第二电容，一 NPN三极管，所述第一电阻的一端接 收控制处理模块发出的控制信号，另一端分别连接第一电容的一端及NPN三极管的基极， 第一电容的另一端接地，NPN三极管的发射极接地，所述第二电阻一端连接缓冲电路的输出 端，另一端分别连接第二电容的一端及触发比较器，第二电容的另一端连接NPN三极管的 集电极，所述高频抑制电路的控制端连接控制处理模块。
9.根据权利要求7所述的示波器，其特征在于所述高频抑制电路包括一第一电阻、一第二电阻、一第一电容、一第二电容，一 NPN三极管，所述第一电阻的一端接收控制处理模 块发出的控制信号，另一端分别连接第一电容的一端及NPN三极管的基极，第一电容的另 一端接地，NPN三极管的发射极接地，所述第二电阻一端连接缓冲电路的输出端，另一端分 别连接第二电容的一端及触发比较器，第二电容的另一端连接NPN三极管的集电极，所述 高频抑制电路的控制端连接控制处理模块。
专利摘要本实用新型公开了一种具有触发耦合功能的示波器，包括触发源信号输入端、触发耦合模块、触发比较器、触发电路、控制处理模块。触发耦合模块、触发比较器，触发电路依次串联在触发源信号输入端及控制处理模块之间。触发耦合模块包括DC/AC/低频抑制选择电路、缓冲电路，高频抑制电路，缓冲电路连接在DC/AC/低频抑制选择电路及触发比较器之间，高频抑制电路一端连接缓冲电路的输出及触发比较器的输入，另一端连接控制处理模块。本实用新型降低了电路的复杂程度，解决了级联器件多、成本高的问题，使触发耦合模块电路占用的PCB面积减小，同时将高低频分量分离，可以实现较高的直流精确度和较好的高频响应。
文档编号G01R13/00GK201589803SQ20092035070
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者李维森, 王悦, 王铁军 申请人:北京普源精电科技有限公司