[发明专利]数字荧光示波器前置放大器

说明书

技术领域

本发明属于信号放大、传输、处理技术领域，主要涉及一种数字荧光示波器1.5GHz前置放大器的设计方法。

背景技术

传统的示波器前置放大器电路基本都是采用分立元器件和普通贴片元器件组成，最高模拟带宽一般在200MHz～500MHz(-3dB),这大大限制了示波器的应用范围，成为示波器发展的瓶颈。近年来，国外数字示波器飞速发展，中高端数字示波器市场基本被美国泰克、安捷伦、力科公司占有，美国泰克公司在21 世纪初首先推出数字荧光示波器，将数字示波器发展推向一个新的平台。宽带示波器与普通示波器相比，能够更加深入的了解信号的特性.能更好地捕捉到更高频率和更小的上升时间的被测信号。通道带宽特性是示波器的第一指标，对宽带示波器来说，通道带宽的设计是非常重要的工作，它是高速数据采集电路的基础，也是示波器档次划分的重要依据。

发明内容

通道带宽特性是示波器的第一指标，对宽带示波器来说，通道带宽的设计是非常重要的工作，它是高速数据采集电路的基础，也是示波器档次划分的重要依据。本发明提供了一种低阻50Ω，带宽1.5GHz（-3dB）,高阻（1MΩ），带宽560M Hz(-3dB )。 并实现了2mV/div～5V/div衰减量程的数字示波器宽带前置放大器的设计方法。

本发明的技术方案是提出了一种数字荧光示波器1.5GHz前置放大器设计方法，由高阻衰减器、阻抗变换器、低阻步进程控衰减器、高速差分放大器、高低阻选择器等组成。输入信号首先经过高低阻的选择，当选择低阻时，信号经过射频继电器，直接进入到低阻步进程控衰减器；当选择高阻时，信号经过高阻衰减器、阻抗变换电路，由高阻输入转换为低阻输出，再经过射频双向选择开关进入低阻步进程控衰减器，通过高速差分放大器，完成增益细调，单端信号变差分和电平转换的任务。

所述阻抗变换电路当示波器设置为高阻时，输入信号经过高阻衰减器分为两路： 一路是高频信号，经过电容C1 直接耦合到FET 高阻输入放大器IC2；另一路低频信号成分经过R1、R2 组成的电阻分压器加到运算放大器的同向输入端，IC1 输出的低频信号经过的R4, 在IC2 的输入端与高频信号成分合成， 合成后的信号经过阻抗变换为低阻输出。

所述阻抗变换电路还包括反馈电容C3，使合成的信号具有平坦的频率特性。

所述阻抗变换电路还包括电阻R5， 为阻抗变换器提供直流负反馈通路。

所述高阻衰减器采用分压式结构，分压器的各个元器件的取值关系符合： R1/ (R1+ R2 ) = C1 / (C1 +C2 )；当继电器导通时，信号不经过衰减，直通下一级电路。

所述高阻衰减器的电容C2为可调补偿电容，用于补偿元件参数和PCB板工艺参数非一致性产生的分布电容偏差。

所述高阻衰减器还包括电阻R3，用于抑制引线电感引起的阻尼和过冲。

所述低阻衰减器采用两级50Ω 的特性阻抗、6 位程控精密电阻衰减阵列。

所述高速差分放大器采用2级高速差分运算放大器组成，两级运放之间插入带宽抑制低通滤波控制器。

所述高速差分放大器的每级放大器的增益为20dB ，带宽响应为3.2GHz；带宽抑制低通滤波控制器的 抑制带宽约为30 MHz、100 MHz。

本电路设计已成功用于4个通道，1.5GHz带宽的数字荧光示波器，该电路的频率特性在600～700MHz时上冲为15%，通过对系统软件校正，根据高斯信号理想幅频特性，采用滤波器对示波器通道幅频特性进行校正，将示波器通道输出补偿成接近于高斯信号的通道特征，使通道的幅频特性得到一定的改善，在低阻50Ω时频率响应可以达到1.5GHz,高阻1MΩ时频率响应可以达到560MHz。该电路的成功实现对相应的测量仪器的研发，特别是数字示波器的设计起到很大的推动作用，并能有效的填补国内中高端数字示波器研发的空白。

 附图说明

图1为数字荧光示波器1.5GHz前置放大器设计的原理框图。

图2为数字荧光示波器1.5GHz前置放大器的阻抗变换电路设计原理框图。

图3为数字荧光示波器1.5GHz前置放大器的高阻衰减器设计原理框图。

具体实施方式