一种阻抗变换电路、示波器前端电路及示波器的制作方法

本发明涉及电工、电子及测量，具体涉及一种阻抗变换电路、示波器前端电路及示波器。

背景技术：

1、数字示波器是常见的通用测试测量设备，在现有技术中数字示波器通常包括有输入模拟前端电路、模数转换电路、数字处理电路和显示电路等。其中，示波器的输入模拟前端电路用于对输入信号进行调理，包括输入阻抗匹配、信号衰减、ac耦合、dc耦合、信号放大、直流偏置等功能，因此输入模拟前端电路往往决定了示波器的关键性能指标。

2、现有的示波器模拟前端电路如图1所示，包括输入阻抗选择、衰减电路、阻抗变换电路、ad/dc耦合选择、偏置调节电路和可变增益放大电路。其中，阻抗变换电路采用高频低频路径分离电路，该电路需要调节低频路径增益使其与高频路径增益一致，使得幅频响应平坦，避免由于幅频响应不平坦而出现低频方波失真的问题。该电路的低频路径采用了电压型深度负反馈，因此低频时输出阻抗趋近于0，而高频路径没有采用深度负反馈，因此高频时输出阻抗不会趋近于0。例如图1中的示波器模拟前端电路图中的高频输出阻抗为晶体管q4的输出阻抗，该电路在低频时的输出阻抗与在高频时的输出阻抗不一致，导致当该电路所驱动的负载发生变化时，低频增益的变化量与高频增益的变化量不一致，从而导致幅频响应不平坦。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是：提供一种低频时的输出阻抗与在高频时的输出阻抗相同的阻抗变换电路。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种阻抗变换电路，包括：

3、交流耦合模块，用于获取输入信号，并提取所述输入信号的高频电压信号；

4、电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的第一输入端连接所述交流耦合模块的输出端；所述电压电流转换模块的第二输入端用于获取电压调整信号；所述电压电流转换模块将所述高频电压信号和所述电压调整信号对应转换为电流信号并进行求和，以生成第一电流信号；

5、串联电流电压转换模块，连接于所述电压电流转换模块；所述串联电流电压转换模块的第一输出端用于输出所述第一电流信号，所述串联电流电压转换模块的第二输出端用于将所述第一电流信号转换为第一电压信号；

6、并联电流电压转换模块，连接于所述串联电流电压转换模块的第一输出端；所述并联电流电压转换模块的第一输出端用于将所述第一电流信号转换为第二电压信号，以生成输出电压信号；所述并联电流电压转换模块的第二输出端用于输出参考电压；

7、放大模块，用于获取输入信号和直流偏置信号，并对所述输入信号和直流偏置信号进行放大求和，以生成放大信号；

8、积分器模块，所述积分器模块的第一输入端连接所述放大模块；所述积分器模块的第二输入端连接所述串联电流电压转换模块的第二输出端；所述积分器模块的第三输入端连接所述并联电流电压转换模块的第二输出端；所述积分器模块获取所述参考电压，以对所述放大信号、第一电压信号和参考电压进行比较积分，以生成所述电压调整信号。

9、一种实施例中，所述电压电流转换模块包括电阻r6、晶体管q2、电阻r7和滤波电容c3；

10、所述电阻r6的第一端连接所述交流耦合模块的输出端，所述电阻r6的第二端用于获取工作电压；所述晶体管q2的控制端连接电阻r6的第一端，所述晶体管q2的第一端连接电阻r7的第一端，所述晶体管q2的第二端连接所述串联电流电压转换模块，所述电阻r7的第二端连接滤波电容c3的第一端，所述滤波电容c3的第二端接地，所述电阻r7的第二端还用于获取所述电压调整信号。

11、一种实施例中，所述串联电流电压转换模块包括采流电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13和放大器u3；

12、所述采流电阻r8的第一端连接所述电压电流转换模块，所述采流电阻r8的第二端作为串联电流电压转换模块的第一输出端；所述采流电阻r8的第二端还连接电阻r9的第一端，所述采流电阻r8的第一端还连接电阻r10的第一端，所述电阻r9的第二端连接放大器u3的反相输入端，所述电阻r10的第二端连接放大器u3的同相输入端，所述电阻r9的第二端还连接电阻r12的第一端，所述电阻r12的第二端连接放大器u3的输出端，所述电阻r10的第二端还连接电阻r11的第一端，所述电阻r11的第二端接地；所述放大器u3的输出端还连接电阻r13的第一端，电阻r13的第二端作为串联电流电压转换模块的第二输出端。

13、一种实施例中，所述并联电流电压转换模块包括电阻r14和电阻r15；

14、所述电阻r14的第一端连接所述串联电流电压转换模块的第一输出端，所述电阻r14的第一端还作为所述并联电流电压转换模块的第一输出端；所述电阻r14的第二端连接电阻r15的第一端，所述电阻r15的第一端还连接参考电压，所述电阻r15的第二端作为并联电流电压转换模块的第二输出端。

15、一种实施例中，所述放大模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和放大器u1；

16、所述电阻r1的第一端用于获取输入信号，所述电阻r1的第二端连接电阻r2的第一端，所述电阻r2的第二端接地，所述电阻r2的第一端还连接放大器u1的同相输入端，所述电阻r4的第一端用于获取直流偏置信号，所述电阻r4的第二端连接放大器u1的反相输入端，所述放大器u1的输出端连接电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端用于输出所述放大信号；所述电阻r3的第一端连接电阻r4的第二端，所述电阻r3的第二端连接电阻r5的第一端。

17、一种实施例中，所述积分器模块包括放大器u2、电容c2和晶体管q3；

18、所述放大器u2的同相输入端接地，所述放大器u2的反相输入端连接所述放大模块，所述放大器u2的反相输入端还连接所述串联电流电压转换模块的第二输出端，所述放大器u2的反相输入端还连接所述并联电流电压转换模块的第二输出端，所述放大器u2的输出端连接晶体管q3的控制端，所述晶体管q3的第一端连接工作电压,所述晶体管q3的第二端用于输出所述电压调整信号；所述电容c2的第一端连接放大器u3的输出端，所述电容c2的第二端连接放大器u3的反相输入端。

19、一种实施例中，所述交流耦合模块包括电容c1，所述电容c1的第一端用于获取所述输入信号，所述电容c1的第二端用于输出所述高频电压信号。

20、一种实施例中，所述阻抗变换电路根据所述串联电流电压转换模块、并联电流电压转换模块、放大模块和积分器模块确定所述阻抗变换电路的低频增益；所述阻抗变换电路根据所述电压电流转换模块和并联电流电压转换模块确定所述阻抗变换电路的高频增益。

21、根据第二方面，一种实施例中提供一种示波器前端电路，包括：

22、直流偏置电路，用于输出直流偏置信号；

23、阻抗变换电路，所述阻抗变换电路采用上述任意一实施例所述的阻抗变换电路；

24、可变增益放大器，用于对所述阻抗变化电路输出的信号进行电压放大或电压衰减。

25、根据第三方面，一种实施例中提供一种示波器，包括：

26、数据采集模块，所述数据采集模块包括上述实施例所述的示波器前端电路，用于对每个通道的信号数据进行采集；

27、数据处理模块，连接于所述数据采集模块，用于对采集的信号数据进行处理；

28、波形生成模块，连接于所述数据处理模块，用于根据处理后的信号数据生成波形图像数据。

29、根据上述实施例的一种阻抗变换电路、示波器前端电路及示波器。在阻抗变换电路中包括交流耦合模块、电压电流转换模块、串联电流电压转换模块、并联电流电压转换模块、放大模块和积分器模块。电压电流转换模块获取高频电压信号和电压调整信号，以生成第一电流信号；串联电流电压转换模块连接电压电流转换模块以传递第一电流信号并将第一电流信号转换为第一电压信号；并联电流电压转换模块连接于串联电流电压转换模块，以生成输出电压信号和参考电压。积分器模块连接放大模块、串联电流电压转换模块和并联电流电压转换模块，以生成电压调整信号输入至电压电流转换模块。利用积分器模块连接串联电压转换模块，以使串联电压转换模块为电流型负反馈，在该负反馈下，阻抗变化电路在低频段的输出阻抗仅由并联电流电压转换模块决定，同时，由于积分器模块需要得到较好的积分结果，因此积分器模块工作在低频段，在高频段不工作，因此高频段的输出阻抗同样仅由并联电流电压转换模块决定，以此使得低频时的输出阻抗与在高频时的输出阻抗相同。