mhz虚拟示波器硬件电路关键技术研究

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1、１００ＭＨｚ虚拟示波器硬件电路关键技术研究摘要：在介绍虚拟示波器硬件电路组成的基础上，对虚拟示波器硬件电路中信号调理电路的直流漂移抑制和触发电路进行了重点介绍，提出了关于直流漂移的解决方法，给出了调理电路的设计，同时介绍了电路中的等效采样和总线接口设计中应注意的的问题。以上这些对虚拟示波器的硬件设计具有指导意义。 　　关键词：直流漂移的抑制；脉冲宽度触发；视频触发 　　 　　示波器是电子测量中的最基础、最常用的测试仪表，虚拟示波器是示波器测量技术中的研究热点和发展方向。虚拟示波器的设计涉及电子测量、信号处理和计算机技术等多方面的内容，其中硬件电路是完成整个示波器功能的基础，同时也是决

2、定虚拟示波器性能的关键所在。要设计出性能优越的的硬件电路就必须对其中的关键技术进行深入研究。 　　本文在对100MHz虚拟示波器总体设计的基础上，重点研究了直流漂移的抑制、等效采样、触发电路、总线接口电路等。 　　 　　1直流漂移的抑制 　　 　　虚拟示波器硬件电路组成图如图1所示。硬件部分主要由信号调理电路、触发电路、AD转换器、存储电路、总线接口电路、控制电路构成。信号调理电路是将输入信号调理到AD变换器的输入范围，从而扩大输入信号范围，且对直流漂移的抑制主要由信号调理电路完成。　　直流漂移的抑制方法很多，如采用高质量的稳压电源、使用经过老化的实验元件、使用反馈及温度补偿、用差分

3、放大电路、运用斩波技术、自动调零技术、参数补偿等。本文采用的是差分电路的方法来抑制直流漂移。　　 　　图1虚拟示波器硬件电路组成图 　　信号调理由信号衰减电路、电压跟随电路、前置放大电路、主放大电路组成。对于直流漂移有抑制作用的部分有衰减电路、前置放大器与主放大器两个部分，起主要作用的部分是前置放大器和主放大器，这两个部分均采用模拟公司的AD8330放大器来完成。此放大器的特点是可对0至150MHz的信号进行可编程放大，具有低噪声，低失真特性。一个AD8330用作前置放大器，另一个用作主放大器。用前置放大器的目的是将输入信号中的漂移均匀分到输出脚上，从而使主放上的输入信号漂移一致，从

4、而利用主放大器差分放大消除直流漂移。 　　数控衰减器可用X9C102来实现。衰减电路可用数控电位器X9C102实现，X9C102是一种高可靠性的数控电位器，含有99个带温度偿的阻抗单元，其电阻阵列的总电阻1KΩ，5V供电超低功耗，工作电流最大为3mA，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

5、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

6、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

7、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。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