[发明专利]一种具有阻抗匹配功能的数字示波器

说明书

技术领域

本发明的一种具有阻抗匹配功能的数字示波器涉及到了显示波形的测量装置领域，特别是涉及到了示波器领域。

背景技术

数字示波器是最为常见的通用测量设备，种类很多，划分方法也很多，如从结构上划分，最为常见的有台式示波器、便携式示波器和与计算机配接使用的虚拟示波器，从功能上划分，又可以分为通用示波器和专用示波器，从显示能力上，有人也将示波器分为荧光显示示波器或存储显示示波器等。

在现有技术中，数字示波器通常包括有输入模拟前端电路、数模转换电路和控制电路，其中，由于模拟前端电路一般用于完成被测信号的接入工作，包括输入阻抗匹配、信号衰减、信号缓冲、信号放大、偏置调整、带宽限制等功能，因此，所述的输入模拟前端电路的性能往往决定了该数字示波器的性能指标。

在模拟前端电路的设计中，用于匹配输入阻抗的阻抗匹配电路是十分重要的电路，因为，一旦示波器的探头连接上被测信号后，示波器就变成了被测电路的负载、成了被测电路的一部分。一旦示波器对被测电路产生影响，就会影响测量的准确性。为在测量时，尽量的减小数字示波器对被测电路的影响，使示波器可以用于检测不同的被测电路，用户往往期望数字示波器具有两种输入电阻(阻抗)模式，即一种高阻态模式(或称1MΩ输入电阻模式、或称1MΩ阻抗模式)和50Ω输入电阻模式(或称50Ω阻抗模式)。

数字示波器的高阻态模式和50Ω输入电阻模式的设计要求是不一样的，在高阻(或称1MΩ)输入模式时，需要考虑一旦被测电路的输出阻抗大于1MΩ时，会造成较大的电流经探头进入示波器，这一电流仍会对被测电路产生影响，不利于准确的测量被测电路。而在50Ω电阻输入模式下，则需要建立一个50Ω电阻电路，这一电路用来和输出阻抗为50Ω的被测电路进行阻抗匹配。如果阻抗不匹配，可能导致信号反射，使被测信号失真。

为了使数字示波器能够提供两种输入阻抗模式，现有技术中的数字示波器通常具有，参见图1：一个由BNC接口构成的信号接入部件101，一个信号预处理部件102、一个测量部件103和一个控制部件104。

当被测信号被示波器探头引入数字示波器的信号接入部件101后，被测信号经过信号预处理部件102、测量部件103后被转换为数字信号输入到控制部件104，最后，由控制部件104将被测信号的数字信号转换为波形数据，并用波形方式呈现给用户。

在预处理部件102中，信号接入部件101与测量部件103之间依次串联有一个高阻衰减网络105和一个输入信号补偿电路106，在高阻衰减网络105和输入信号补偿电路106之间连接一个1MΩ的电阻R102，该电阻R102的另一端连接公共端G，在高阻衰减网络105的输入端和公共端之间还连接有串联连接的一个继电器S101和一个50Ω电阻R101。

在示波器选择了50Ω电阻工作模式时，控制部件4使继电器S101导通，在示波器选择1MΩ电阻工作模式时，控制部件4使继电器S101断开。

当选择1MΩ电阻工作模式时，开关S101断开，被测信号由信号接入部件101输入，经过高阻衰减网络105，输出给输入信号补偿电路106。

在现有技术中，输入信号补偿电路106主要用于实现被测信号的接入和输出驱动，并用于响应控制部件4的控制，在输入的被测信号中叠加上偏置电压，实现示波器的垂直偏移调节功能。为了控制输入信号补偿电路106实现垂直偏移调节功能，控制部件104向输入信号补偿电路106输出的用于垂直偏移调节的控制信号为通过一个D/A转换模块输出的模拟电压信号。

在现有技术中，测量部件103通常包括依次串联连接的一个增益控制放大器107、一个带宽限制模块108和一个AD转换模块109，

输入信号补偿电路106输出的信号连接到增益控制放大器107，在控制模块104的控制下，增益控制放大器107可以实现不同的放大倍数，增益控制放大器107的输出连接到带宽限制模块108，在控制模块104的控制下，带宽限制模块108可以选择带宽，用于实现示波器的带宽限制的功能。带宽限制模块108的输出连接到A/D转换模块109，A/D转换模块109对输入的信号进行模数转换，并将输出的数字信号连接到控制模块4，进行数据处理和波形显示。