具有万用表功能的示波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有万用表功能的示波器，包括信号输入端、输入级缓冲和加法电路模块、可编程放大器模块、D/A转换模块，控制处理模块；还包括分路线性电路模块，所述分路线性电路模块包括一个高频减法放大电路模块、一个耦合单元模块、一个高速ADC转换模块、一个低频放大电路模块和高精度低速ADC转换模块。在示波器通道上利用硬件电路的改进实现了高精度的万用表，电路简单不占用示波器仪器体积。本发明还能在示波器上实现万用表的高精度电压测量功能、电阻测量功能及通断路测量功能，同时还能使示波器具有隔离功能。
【专利说明】具有万用表功能的示波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电变量测试领域，尤其涉及一种具有万用表功能的示波器。
【背景技术】
[0002]在电子测量基础仪器中，万用表是使用范围最广的测量仪器之一，而万用表上的电压测量、电阻测量、通断路测试是使用最多的功能。如果能够在示波器上，增加一个真正的高精度万用表功能，可以精确测量电压值、电阻值，测试是否短路，这样可以在使用示波器的同时，方便用户使用万用表的常用功能，具有很大的市场前景。
[0003]目前市场上有两类带有万用表功能的示波器。一类是手持示波表，手持示波表一般会增加两个独立万用表的接口和表笔，用于万用表测量。内部使用一个集成万用表芯片，来实现万用表功能，一般为4位半或更低精度的示波器。
[0004]另一类是在数字示波器的基础上，通过软件实现万用表电压测试功能。参照图1，由于现有技术的数字示波器一般采用高速ADC，绝大部分是8位ADC，由于ADC只有8位精度，所以能够实现的最高测量精度也只有28=256，即最大可以实现3位半的电压表测量。目前软件实现方式主要有两种:一种是使用示波器屏幕显示数据进行电压计算(这是示波器上电压测量的常用的实现方法)，由于屏幕显示数据一般为ADC采样数据进行压缩、抽取后的数据，不能够真正反应原始数据，导致测量精度下降，所以能够实现的测量精度较低?’另一种是使用ADC采样的原始数据进行电压测量计算，能够最大的保留原始数据信息，能够尽可能的提高测量精度，最大也只能够实现3位半的精度。
[0005]现有技术中，手持示波表需要增加一个独立的万用表电路模块，电路比较复杂，仪器体积大，精度也不高。而使用软件实现，受示波器高速采样ADC的位数限制(一般高速ADC为8位)，只能实现最大精度为3位半的电压表功能。目前还未出现真正的在示波器测试通道上实现高精度万用表的示波器。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，现有技术示波器中无法实现高精度万用表的问题，以及现有技术用硬件实现万用表时，需增加独立的万用表电路模块，电路复杂，仪器体积大的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种具有万用表功能的示波器，包括一个信号输入端、一个输入级缓冲和加法电路模块、一个可编程放大器模块、一个D/Α转换模块,一个控制处理模块；
[0008]所述信号输入端用于接收一个外部输入信号；
[0009]所述控制处理模块，用于控制所述D/Α转换模块输出一个偏置直流信号至所述输入级缓冲和加法电路模块；
[0010]所述输入级缓冲和加法电路模块，用于将所述输入信号与所述偏置直流信号进行加法运算后，输出一个缓冲信号；[0011]所述控制处理模块，还用于控制所述可编程放大器模块对所述缓冲信号进行增益放大，输出一个增益放大信号；
[0012]其特征在于，还包括一个分路线性电路模块，所述分路线性电路模块包括一个高频减法放大电路模块、一个耦合单元模块、一个高速ADC转换模块、一个低频放大电路模块和高精度低速ADC转换模块；
[0013]所述低频放大电路模块，用于对所述增益放大信号进行滤波，输出一个低频增益放大信号；
[0014]所述高频减法放大电路模块，用于将所述增益放大信号减去所述低频增益放大信号输出一个高频增益放大信号；
[0015]所述耦合单元模块，用于对所述高频增益放大信号进行高通滤波，输出一个高通增益放大信号；
[0016]所述高速ADC转换模块，用于对所述高通增益放大信号进行采样，并将采样后的高速采样数据输入控制处理模块；
[0017]所述低速ADC转换模块，用于对所述低频增益放大信号进行采样，并将采样后的低速采样数据输入控制处理模块；
[0018]所述控制处理模块，还用于将所述高速采样数据和所述低速采样数据相加成η位数据，η大于8小于等于24，并将η位数据进行平均值计算或有效值计算，并将计算结果进行显示。
[0019]作为一种举例，所述控制处理模块包括一个延时调节模块、一个插值模块、一个逐点相加模块、一个采样控制模块，一个电压表功能模块，所述延时调节模块，用于对所述高速采样数据进行延时，输出延时后的高速采样数据；所述插值模块，用于对所述低速采样数据进行插值运算，得到插值后的低速采样数据，所述逐点相加模块，用于将所述延时后的高速采样数据和所述插值后的低速采样数据相加，生成24位数据，所述采样控制模块用于控制示波器的采样、将采样后数据进行存储、显示，所述电压表功能模块，用于将24位数据进行平均值计算或有效值计算，并将计算结果进行显示。
[0020]作为一种举例，所述耦合单元模块采用RC高通滤波电路构成。
[0021]作为一种举例，在所述信号输入端与所述控制处理模块之间还顺序连接一个可控开关和一个可编程电流源模块，所述控制处理模块还用于分别控制所述可控开关的通断及可编程电流源模块的电流档位选择。
[0022]作为一种举例，所述耦合单元模块采用变压器构成，且当所述耦合单元模块采用变压器时，在所述低速ADC模块与所述控制处理模块之间连接一个第一数字隔离器，在所述可编程放大器模块与所述控制处理模块之间连接一个第二数字隔离器，在所述D/A转换模块与所述控制处理模块之间连接一个第三数字隔离器。
[0023]作为一种举例，在所述信号输入端与所述控制处理模块之间还顺序连接一个可控开关和一个可编程电流源模块和一个第四数字隔离器，所述控制处理模块还用于通过所述第四数字隔离器分别控制所述可控开关的通断及可编程电流源模块的电流档位选择。
[0024]作为一种举例，所述分路线性电路模块还包括一个缓冲电路模块，所述缓冲电路模块连接在所述耦合单元模块与所述高速ADC转换模块之间，用于增强所述高通增益放大信号，以驱动所述高速ADC转换模块。[0025]本发明的有益效果在于:在示波器通道上利用硬件电路的改进实现了高精度的万用表，电路简单不占用示波器仪器体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是现有技术示波器的结构示意图
[0027]图2是本发明一种具有万用表功能的示波器优选实施例1的结构示意图
[0028]图3是本发明优选实施例1中分路线性电路模块204的内部结构示意图
[0029]图4是本发明优选实施例1中控制处理模块205的又一种变形结构示意图
[0030]图5是本发明优选实施例1中分路线性电路模块204的内部电路示意图
[0031]图6是本发明一种具有万用表功能的示波器优选实施例2的结构示意图
[0032]图7是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第2种变形结构示意图
[0033]图8 (A)低频放大电路模块2044形式I结构图；
[0034]图8 (B)低频放大电路模块2044形式2结构图；
[0035]图8 (C)低频放大电路模块2044形式3结构图；
[0036]图8 (D)低频放大电路模块2044形式4结构图；
[0037]图9是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第3种变形结构示意图
[0038]图10是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第4种变形结构示意图
[0039]图11是分路线性电路模块204第4种变形结构中低频放大电路模块2044的又一种变形结构图
[0040]图12是图6是本发明一种具有万用表功能的示波器优选实施例3的结构示意图【具体实施方式】
[0041]下面结合附图及优选实施例对本发明做进一步详细地说明。
[0042]实施例1，结合参照图2和图3，示波器200包括信号输入端201、输入级缓冲和加法电路模块202、可编程放大器模块203、D/A转换模块206，控制处理模块205 ;信号输入端201接收一个外部输入信号；控制处理模块205，控制D/A转换模块206输出一个偏置直流信号至输入级缓冲和加法电路模块202 ;输入级缓冲和加法电路模块202，将所述输入信号与所述偏置直流信号进行加法运算后，输出一个缓冲信号；控制处理模块205，还控制可编程放大器模块203对所述缓冲信号进行增益放大，输出一个增益放大信号；示波器200还包括一个分路线性电路模块204，分路线性电路模块204包括高频减法放大电路模块2041、耦合单元模块2042、高速ADC转换模块2043、低频放大电路模块2044和高精度低速ADC转换模块2045 ;低频放大电路模块2044，对所述增益放大信号进行滤波，输出一个低频增益放大信号；高频减法放大电路模块2041，将所述增益放大信号减去所述低频增益放大信号输出一个高频增益放大信号；耦合单元模块2042，对所述高频增益放大信号进行高通滤波，输出一个高通增益放大信号；该高通滤波，是指采用交流耦合方式，将交流耦合到高速ADC转换模块2043的输入端；高速ADC转换模块2043，对所述高通增益放大信号进行采样，并将采样后的高速采样数据输入控制处理模块205 ;低速ADC转换模块2045，对所述低频增益放大信号进行采样，并将采样后的低速采样数据输入控制处理模块205 ;控制处理模块205，将所述高速采样数据和所述低速采样数据相加成24位数据，并将24位数据进行平均值计算或有效值计算，完成了万用表交直流电压测量的功能。对24位数据进行平均值计算，此即为万用表直流电压功能；对24位数据进行有效值计算，此即为万用表交流电压功能。具体应用万用表功能时，会在示波器显示界面中增加万用表测量的菜单，来调用万用表功能，并在显示界面上进行万用表测量结果的显示。在进行万用表测量时，可以将示波器探头连接到示波器输入BNC上，然后连接被测电路，进行测量，此时用1:1探头精度会更高。更好的方式是使用转接器连接到示波器输入BNC上，然后将万用表表笔连接到转接器上，再进行测量。
[0043]本发明优选实施例1由于采用了分路线性电路模块204，将所述增益放大信号经过的通路分成了低频通路和高频通路，低频通路采用高精度低速ADC转换模块进行采样，使低频通路的数据具有了高精度电压表的精度要求。而如果没有分路线性电路模块204，只使用如现有技术图1所示的一个高速ADC进行采样，由于采样位数和采样速率是矛盾的，为实现示波器带宽、采样率的主要指标，就不能选用高采样位数的ADC (如24位)，从而无法实现对信号的高精度采样。分路线性电路模块204的加入，有效的解决了现有技术中高速ADC的带宽、采样率和精度的矛盾，能够同时实现高带宽、采样率和高精度(只针对直流和低频信号)的采样。针对示波器和万用表的不同需求(示波器是观测仪器，主要需求是高采样率、高带宽；万用表是测量仪器，要求的是高精度)，将输入信号分成两部分，分别实现示波器和万用表的需求。
[0044]本发明优选实施例1实现的高精度万用表，利用示波器模拟输入端子，不需要增加额外的万用表表笔输入端，使用进一步方便。本发明优选实施例1实现的高精度电压表，不影响示波器的采样率，示波器采样率由高速ADC转换模块决定。
[0045]为了更好地达到在示波器中实现高精度万用表的功能，参照图4，本发明优选实施例I的一种变形是:控制处理模块205包括一个延时调节模块2051、一个插值模块2052、一个逐点相加模块2053、一个采样控制模块2055，一个电压表功能模块2054，延时调节模块2051，用于对所述高速采样数据进行延时，补偿低频低速通路的延时，输出延时后的高速采样数据；插值模块2052，对所述低速采样数据进行插值运算，使低速数据点数与高速数据点数相等，得到插值后的低速采样数据，逐点相加模块2053，将所述延时后的高速采样数据和所述插值后的低速采样数据逐点相加，生成24位数据，相加后的24位数据送入采样控制模块2055，完成示波器的采样、存储、显示等功能，电压表功能模块2054，将24位数据进行平均值计算或有效值计算。对24位数据进行平均值计算，此即为万用表直流电压功能；对24位数据进行有效值计算，此即为万用表交流电压功能。控制处理模块205由于进一步采用了延时调节模块2051、插值模块2052、逐点相加模块2053，因此能够保证逐点相加模块2053输出的数据是24位数据，因此确保了更高的万用表精度。
[0046]作为一种举例，当低速采样数据和高速采样数据之间没有延时，控制处理模块205可以没有延时调节模块2051，输出也能保证24位数据。
[0047]参照图5，是本发明优选实施例1中分路线性电路模块204的内部电路示意图，分路线性电路模块204还包括一个缓冲电路模块2046，缓冲电路模块2046连接在耦合单元模块2042与高速ADC转换模块2043之间，用于增强所述高通增益放大信号，以驱动高速ADC转换模块2043。耦合单元模块2042采用RC高通滤波电路构成，进行高频耦合，隔离低频，高通的截止频率由C2和R6决定，此截止频率需要比高频减法放大电路模块2041的低截止频率低，高频减法放大电路模块2041将所述增益放大信号减去所述低频增益放大信号输出一个高频增益放大信号，所述高频增益放大信号的频响曲线是一个带通频响曲线，带通频响曲线在低频段有一个截止频率，将这个截止频率定义为低截止频率；能够将高频减法放大电路模块2041输出信号的所有频率成分耦合到缓冲电路模块2046。分路线性电路模块204的其他电路模块将在后面的实施例中再进行详细介绍。
[0048]作为一种举例，如果耦合单元模块2042的输出可以驱动高速ADC转换模块2043，可以没有缓冲电路模块2046。
[0049]参照图6，示波器300还包括一个可控开关301和一个可编程电流源模块302，控制处理模块205分别控制可控开关301的通断及可编程电流源模块302的电流档位选择。进而实现多档位的电阻测量、通断路测试。当用户选择电阻测量功能时，控制处理模块205控制可控开关301闭合，将可编程电流源模块302连接到示波器信号输入端201，根据不同的电阻测量档位设置，进行可编程电流源的设置。当被测电阻连接到示波器信号输入端201时，电流I流过被测电阻，形成电压。通过示波器高精度的电压测量，然后除以电流I，即得到电阻值。
[0050]由于示波器的输入电阻为1ΜΩ，测量时为被测电阻和1ΜΩ的并联。因此，当被测电阻<=10kQ时，其误差很小，小于1%。当被测电阻越大时，测量误差越大。通断路测量，实际是电阻测量的一种，当测试到电阻值接近0Ω时，提示短路。二极管极性测量，也是电阻测量的一种，二极管反向时，电阻很大。二极管正向导通时，电阻很小，如硅管，正向压降接近0.7V，利用电阻和电压测量，就可以判断二极管极性。
[0051]作为一种举例，在示波器信号输入端201与输入级缓冲和加法电路模块202之间还连接一个衰减切换模块，衰减切换模块由控制处理模块控制衰减选择，可以选择直通或者衰减输出，主要用于示波器在大垂直灵敏度档位时，将信号先进行衰减，然后输入后面的电路中，否则输入信号幅度过大，使后续电路饱和，无法进行有效工作；而在示波器小垂直灵敏度档位时，由于信号幅度不大，衰减网络选择直通，将信号直接连接到后续电路。衰减网络一般由电阻、电容构成，在示波器整个带宽范围内，具有较平坦的幅频响应。
[0052]参照图7，是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第2种变形结构示意图，其中耦合单元模块2042采用变压器构成，变压器在此起到高频隔离的作用，且当耦合单元模块2042采用变压器时，在低速ADC模块2045与所述控制处理模块205之间连接一个第一数字隔离器2047，第一数字隔离器在此起到低频隔离的作用。分路线性电路模块204中耦合单元模块2042采用变压器构成，同时增加了第一数字隔离器2047，可以实现具有电压表功能的隔离示波器。
[0053]本变形结构实施例中，低频放大电路模块2044的电路形式可以有下面4种形式:
[0054]如图8 (A)，形式1，跟随电路，电路带宽由放大器本身决定。
[0055]如图8 (B)，形式2，低通跟随电路，电路带宽由R1、C1和放大器带宽决定。
[0056]如图8 (C)，形式3，先RC低通，然后放大器跟随，电路带宽有R、C和放大器带宽决定。
[0057]如图8 (D)，形式4，一个有源二阶低通放大器，电路带宽有R1、Cl、R2、C2和放大
器带宽决定。
[0058]当然低频放大电路模块2044也可以采用诸如多级放大器或低通滤波器级联的方式，也可以采用大家公知的其他有源低通滤波器电路形式，并不影响本发明的创造性。
[0059]低频放大电路模块2044中的放大器Ul优选低带宽高精度放大器，放大器Ul可以选用任何高精度放大器，以满足对低频采样精度的要求，当然也可以选用精密、低噪声、低失真、低偏置电流、低温漂这些更优的放大器，能够有利于对低频高精度技术效果的实现。例如选用ADI公司的AD823、AD8639等。
[0060]高频减法放大电路模块2041的电路形式为比例运算电路，因为低频路径增益为1，所以R2=R3=R4=R5，高频路径的增益也为I。假设信号输入为Vin，低频放大电路模块输出为 Vlf，则 U2 输出 Uhf=Vin-Vlf0
[0061]高频减法放大电路模块2041中的放大器U2可以选用任何高速放大器，只要能够满足设计需要的最大带宽和最大电压幅度。当然选用更大带宽、低噪声、低失真放大器，能够有利于实现设计带宽需求。例如ADI公司的AD8038、AD8012等。
[0062]本变形结构实施例中的低速ADC模块2045采用了 Σ-AADC (又称Delta-Sigma调制模数转换器)，最优方案是使用24bit的ADC，能够实现更高的测量精度，如ADI公司的AD7763，为 24bit、625kHz 采样率、109dB 动态范围的 Σ-AADC。AD7763 输出为 SPI 接口，需要3路数字隔离实现对采样数字信号的隔离。
[0063]作为一种举例，当耦合单元模块2042采用RC高通滤波电路时，AD77763的输出同时也不需要数字隔离器进行隔离了。
[0064]本变形结构实施例中的低速ADC模块2045和数字隔离器次优方案，是采用ADI公司的带隔离的模数转换器AD7401A。它是一个隔离的16位Σ-Λ调制器，能够实现5000Vrms,持续时间I分钟的隔离能力。它将输入转换为高速的Ibit数据流，然后经过内部的变压器隔离，输入一个20MHz频率的时钟MCLKIN，作为调制器的采样时钟，输出Ibit数据MDAT。这样，只需要一个器件，就实现了 Σ-AADC和数字隔离器的功能，电路结构上简单。
[0065]当然，使用AD7401A，需要将低频路径信号连接到其输入端VIN+，将测量通道的地连接到VIN-上。
[0066]本变形结构实施例中的耦合单元模块2042采用变压器，为了实现设计需求的带宽，变压器的最高工作频率需要大于设计需求的带宽，而且变压器的最低工作频率需要延伸到小于10kHz，将最低工作频率延伸到小于10 k H z，为的是和低频路径的工作频率有一定的重叠，这样低频和高频路径输出相加才能反映输入信号。。而且初次级间的耐压要满足设计期望。本实施例中变压器绕制方式采用了传输线变压器方式，可以实现较好的频率响应。其他形式的变压器也可以，但是频响响应稍差。
[0067]变压器磁芯最优选用高导磁率软磁铁氧体磁环，如北京七星飞行电子有限公司的RlOK系列，如R10K-H13x7x5。如越峰电子材料股份有限公司的AlO系列，如A10_T12x6x4。
[0068]线材采用三层绝缘线，可以实现非常高的耐压，如日本古河电子工业株式会社的TEX-E三层绝缘线，线径Φ0.20mm。如顺正电子有限公司的TIW-B直焊型三层绝缘线，线径Φ0.20mm。
[0069]本变形结构实施例的传输线变压器可以实现最低1kHz，最高200MHz的工作频率，频带范围内幅频响应波动很小。
[0070]本变形结构实施例中的缓冲电路模块2046中R6为变压器次边的负载电阻，用于调节变压器的幅频响应。选取值为1.2kQ。放大器U3选用全差分运放，以适应第二模数转换器的差分输入要求，选用TI公司的111册554，输入、反馈电阻1?7=1?8=1?9=1?10=300 0。
[0071]作为一种举例，本变形结构实施例中也可以不采用缓冲电路模块2046。
[0072]本变形结构实施例中的ADC转换模块2043，可以选用任何满足设计采样率要求的ADC0如选用TI公司的8位IGsa/s的ADC,型号ADC08D1000。如选用E2V公司的8位IGsa/s 的 ADC，型号 AT84AD001B。
[0073]参照图9，是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第3种变形结构示意图，图9所示的第3种变形结构与图7所示的第2种变形结构的区别是，变压器Tl的驱动和接收都采用差分方式。则高频减法放大电路模块2041的放大器选用全差分放大器，放大器输出为差分信号，连接到变压器Tl原边的两端，用于驱动变压器。所述增益放大信号和所述低频增益放大信号连接到差分放大电路的两个输入端，构成减法电路。电阻值R2=R3=R4=R5=300Ω。
[0074]参照图10，是本发明优选实施例1分路线性电路模块204第4种变形结构示意图，本变形结构实施例提供了一种对于差分信号输入的分路线性电路。信号输入为差分信号，低频放大电路模块2044也采用全差分放大电路，其带宽可以按照低频路径的要求选择，也可以增加额外的低通滤波电路，来保证低频路径的带宽满足低速ADC转换模块2045的信号输入要求。如ADI公司的全差分放大器AD8476。参照图11，低频放大电路模块2044也可以使用两个单端放大器，分别对差分输入信号的P、N端进行低频放大，放大器选型同上。高频减法放大电路模块2041与图9所示的第3种变形结构的不同点在于，全差分放大器构成了比例运算电路，电阻选取町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6相等，均为30(^。这样Ul的输出就是输入信号和低频放大电路输出的相减。
[0075]参照图12，示波器400中，由于分路线性电路模块204中采用了变压器及数字隔离器(具体电路可结合参照图7、图9和图10)，因此在可编程放大器模块203与控制处理模块205之间连接一个第二数字隔离器，在D/`A转换模块206与控制处理模块205之间连接一个第三数字隔离器402。在信号输入端201与控制处理模块205之间还顺序连接一个可控开关301和一个可编程电流源模块302和一个第四数字隔离器403，控制处理模块205通过第四数字隔离器403分别控制可控开关301的通断及可编程电流源模块302的电流档位选择。进而实现多档位的电阻测量、通断路测试。当用户选择电阻测量功能时，控制处理模块205控制可控开关301闭合，将可编程电流源模块302连接到示波器信号输入端201，根据不同的电阻测量档位设置，进行可编程电流源的设置。当被测电阻连接到示波器信号输入端201时，电路I流过被测电阻，形成电压。通过示波器高精度的电压测量，然后除以电流I，即得到电阻值。由于示波器的输入电阻为1ΜΩ，测量时为被测电阻和1ΜΩ的并联。因此，当被测电阻<=10kQ时，其误差很小，小于1%。当被测电阻越大时，测量误差越大。
[0076]通断路测量，实际是电阻测量的一种，当测试到电阻值接近O Ω时，提示短路。二极管极性测量，也是电阻测量的一种，二极管反向时，电阻很大。二极管正向导通时，电阻很小，如硅管，正向压降接近0.7V，利用电阻和电压测量，就可以判断二极管极性。
[0077]在示波器信号输入端201与输入级缓冲和加法电路模块202之间还连接一个衰减切换模块，衰减切换模块由控制处理模块控制衰减选择，可以选择直通或者衰减输出，主要用于示波器在大垂直灵敏度档位时，将信号先进行衰减，然后输入后面的电路中，否则输入信号幅度过大，使后续电路饱和，无法进行有效工作；而在示波器小垂直灵敏度档位时，由于信号幅度不大，衰减网络选择直通，将信号直接连接到后续电路。衰减网络一般由电阻、电容构成，在示波器整个带宽范围内，具有较平坦的幅频响应。
[0078]作为一种举例，本实施例中可以不连接衰减切换模块404，仍然可以在示波器上实现万用表的高精度电压测量功能、电阻测量功能及通断路测量功能，同时示波器还具有隔离功能。隔离功能就是将示波器输入侧的电信号传递到输出侧，但输入侧和输出侧之间在电气上是隔离的，增加了示波器的使用安全性。
[0079]作为一种举例，本实施例中可以不连接可控开关301、可编程电流源模块302和第四数字隔离器403，仍然可以在示波器上实现万用表的高精度电压测量功能，同时示波器还具有隔离功能。
[0080]作为一种举例，本实施例中控制处理模块采用FPGA来实现。
[0081]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上优选实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有万用表功能的示波器，包括一个信号输入端、一个输入级缓冲和加法电路模块、一个可编程放大器模块、一个D/Α转换模块，一个控制处理模块；所述信号输入端用于接收一个外部输入信号； 所述控制处理模块，用于控制所述D/Α转换模块输出一个偏置直流信号至所述输入级缓冲和加法电路模块； 所述输入级缓冲和加法电路模块，用于将所述输入信号与所述偏置直流信号进行加法运算后，输出一个缓冲信号； 所述控制处理模块，还用于控制所述可编程放大器模块对所述缓冲信号进行增益放大，输出一个增益放大信号； 其特征在于，还包括一个分路线性电路模块，所述分路线性电路模块包括一个高频减法放大电路模块、一个耦合单元模块、一个高速ADC转换模块、一个低频放大电路模块和高精度低速ADC转换模块； 所述低频放大电路模块，用于对所述增益放大信号进行滤波，输出一个低频增益放大信号; 所述高频减法放大电路模块，用于将所述增益放大信号减去所述低频增益放大信号输出一个高频增益放大信号； 所述耦合单元模块，用于对所述高频增益放大信号进行高通滤波，输出一个高通增益放大信号； 所述高速ADC转换模块，用于对所述高通增益放大信号进行采样，并将采样后的高速采样数据输入控制处理模块； 所述低 速ADC转换模块，用于对所述低频增益放大信号进行采样，并将采样后的低速采样数据输入控制处理模块； 所述控制处理模块，还用于将所述高速采样数据和所述低速采样数据相加成η位数据，η大于8小于等于24，并将η位数据进行平均值计算或有效值计算，并将计算结果进行显不O
2.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述控制处理模块包括一个延时调节模块、一个插值模块、一个逐点相加模块、一个米样控制模块，一个电压表功能模块，所述延时调节模块，用于对所述高速采样数据进行延时，输出延时后的高速采样数据；所述插值模块，用于对所述低速采样数据进行插值运算，得到插值后的低速采样数据，所述逐点相加模块，用于将所述延时后的高速采样数据和所述插值后的低速采样数据相加，生成24位数据，所述采样控制模块用于控制示波器的采样、将采样后数据进行存储、显示，所述电压表功能模块，用于将24位数据进行平均值计算或有效值计算，并将计算结果进行显示。
3.根据权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述耦合单元模块采用RC高通滤波电路构成。
4.根据权利要求1、2或3所述的示波器，其特征在于，在所述信号输入端与所述控制处理模块之间还顺序连接一个可控开关和一个可编程电流源模块，所述控制处理模块还用于分别控制所述可控开关的通断及可编程电流源模块的电流档位选择。
5.根据权利要求1或2所述的示波器，其特征在于，所述耦合单元模块采用变压器构成，且当所述耦合单元模块采用变压器时，在所述低速ADC模块与所述控制处理模块之间连接一个第一数字隔离器，在所述可编程放大器模块与所述控制处理模块之间连接一个第二数字隔离器，在所述D/Α转换模块与所述控制处理模块之间连接一个第三数字隔离器。
6.根据权利要求5所述的示波器，其特征在于，在所述信号输入端与所述控制处理模块之间还顺序连接一个可控开关和一个可编程电流源模块和一个第四数字隔离器，所述控制处理模块还用于通过所述第四数字隔离器分别控制所述可控开关的通断及可编程电流源模块的电流档位选择。
7.根据权利要求1或2所述的示波器，其特征在于，所述分路线性电路模块还包括一个缓冲电路模块，所述缓冲电路模块连接在所述耦合单元模块与所述高速ADC转换模块之间，用于增强所述高通增益放大信号，以驱动所述高速ADC转换模块。
8.根据权利要求4所述的示波器，其特征在于，所述分路线性电路模块还包括一个缓冲电路模块，所述缓冲电路模块连接在所述耦合单元模块与所述高速ADC转换模块之间，用于增强所述高通增益放大信号，以驱动所述高速ADC转换模块。
9.根据权利要求6所述的示波器，其特征在于，所述分路线性电路模块还包括一个缓冲电路模块，所述缓冲电路模块连接在所述耦合单元模块与所述高速ADC转换模块之间，用于增强 所述高通增益放大信号，以驱动所述高速ADC转换模块。
【文档编号】G01R13/02GK103884888SQ201210557314
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年12月20日
【发明者】史慧, 严波, 王悦, 王铁军, 李维森 申请人:北京普源精电科技有限公司