１００ｍｈｚ虚拟示波器硬件电路关键技术研究论文

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1、１００ＭＨｚ虚拟示波器硬件电路关键技术研究论文.freelA，待机电流最大为500uA。电位器是通过由99个阻抗单元组成的电阻阵列和抽头开关网络实现的，其游标抽头节点位置通过CS、/UD和INC三线接口来控制，且保存在非易失存储器中，上电时唤醒此保存的游标抽头节点位置值。很适合用于控制、参数调整和信号处理的应用场合。对X9C102数控电位器进行操作时，CS、/UD和INC三线输入控制游标抽头在阻抗阵列中的移动。首先将片选信号CS置低，若需要上移游标抽头，则/UD应置为高电平，每次INC输入一个由高到低跳变的下降沿，则游标抽头向上移一级，直至最大值时100%的信号通过电位器，即此

2、时不衰减。若需要下移游标抽头，则/UD应置为低电平，每次INC输入一个由高到低跳变的下降沿，则游标抽头向下移一级，直至最小值时没有信号通过电位器，即此时全部被衰减。图2信号调理电路图在衰减电路的后面紧跟的是电压跟随器，电压跟随器起到隔离的作用，使输入信号不受后面电路的影响。对信号的调整是通过对衰减器和主放大器系数进行调整决定的，因此整个硬件中还要有个测幅电路与之相配合。电路中的测幅电路没有画出，测幅的目的是通过测量幅度来控制衰减器和放大器的倍数，从而使信号刚好进入AD变换器的范围。下图是调理电路的工作流程图。图3信号调理电路图在调整电路工作的过程中，每次调整衰减系数都要

3、记录衰减位置，以便于以后计算信号幅度。对衰减与放大系数进行调节，频率不要太慢或太快，大约在几千赫兹就可以。流程图中的的幅度适中是指调节后的信号幅度刚好是AD的最大输入值或略小于其最大输入值；幅度过大是指调节后的信号幅度超过了ＡD的最大输入值；幅度过小是指调节后的信号幅度低于一定的AD输入电压。2触发电路设计触发电路在虚拟示波器中的作用很重要，是保证信号显示的重要部分，是决定信号捕捉能力的重要方面。示波器的触发可分为内触发与外触发。一般示波器的内触发类型有边沿触发、脉宽触发及视频触发等。下面分别介绍。边沿触发可由比较器来实现，将调理好的信号接入比较器的一端，另一端接参考电平

4、。当输入信号比参考电平高时，比较器将输出高电平，当输入电平为低时，比较器将输出低电平。由于测量的信号基本是周期信号，因此比较器将输出一串脉冲。如果选的是上升沿触发，则脉冲的上升沿将是信号的触发点。脉宽触发是用来捕捉脉冲序列中某一时间宽度特性码，或周期信号中出现的与规定时间宽度不符的异常信号。这里只设计脉宽在33ns到500ns的脉宽触发，更宽的脉冲宽度触发可在软件中实现。脉冲宽度触发电路可通过积分电路、放电电路及放大电路来实现。积分电路的作用是将要测量的时间变成电压量，以便于测量，而放电电路的作用是将电放掉，以便以后继续测量。放大电路的作用是将对积分出的电压进行放大与缩小，便

5、于后面的电路使用。视频触发是对视频信号而进行的触发，可借助于芯片LM1881来实现。视频触发中单行触发电路图如图4所示。图4视频单行触发电路LM1881可以提取出视频信号的同步信号，从而可以利用同步信号将视频信号提取出。LM1881共可以提取出4种视频信号，有复合同步信号、垂直同步信号、奇偶场信号等。图中的芯片除了LM1881外，还用了三片MM74C193N（计数电路）。在上图中用到的有复合同步信号和垂直同步信号，垂直同步信号用于初始该电路中的计数器，由计数器的BORROHz到100MHz信号实现的，2MHz以下的电路用实时采样来实现。等效采样可分为随机等效采样和顺序等效采

6、样。在本设计中，用随机等效采样来实现。因此，等效采样的实现有两个关键问题，一是要知道是否需要用随机等效采样，即关于频率测量的问题；二是时间间隔测量问题，由于触发信号与取样时钟是不同步的，他们之间无固定的时间关系，故触发信号与下一个取样时钟间的时间间隔是随机的，其值在0到一个取样周期内变化。关于频率的测量可以根据整形电路的输出通过计数的办法来实现。对于时间间隔测量问题，采用双斜率电容充放电电路的方法来测量。由于这方面的资料较多，这里不再讨论。虚拟示波器中，硬件与软件的数据传输和控制是实现测量功能的重要环节，选用USB2.0作为传输总线。USB2.0最高速度为480Mb/s，即

7、插即用，十分方便，不需要插入机箱中，避免了电磁环境的干扰。在硬件电路中，选择Cypress半导体公司的CY7C68013来完成USB传输的任务。它是Cypress公司新一代高速产品。4小结虚拟示波器是计算机技术、仪器技术和通信技术相结合的产物，而硬件电路是实现功能的基础，因此硬件电路的设计是比较重要的，本文简单介绍了硬件电路的组成，重点介绍了抑制直流漂移的调理电路的设计和触发电路的设计，对虚拟示波器的设计有一定的指导意义。