专利名称：一种具有前端衰减功能的数字示波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字示波器领域，特别涉及具有前端衰减功能的数字示波器。
背景技术：
参照图1，现有技术中，数字示波器I通常包括依次串联连接的信号输入端11，直通衰减切换模块12，50欧姆阻抗匹配电阻13，前端放大模块14，A/D转换模块15和控制处理模块16，信号输入端11接收待测模拟信号，直通衰减模块12用于对待测模拟信号进行衰减控制，直通衰减切换模块12包括直通单元121和衰减单元122，当用户输入小垂直档位时，控制处理模块16根据用户设置的垂直档位，控制信号输入端11与直通单元121连接，信号直接输出给终端电阻13 ;当用户输入大垂直档位时，控制处理模块16根据用户设置的垂直档位，控制信号输入端11与衰减单元122连接，信号经过衰减后输出给阻抗匹配电阻
13;直通衰减切换模块12输出的信号经过终端电阻13送入前端放大模块14，前端放大模块14对信号进行放大处理后，送给A/D转换模块15进行模数转换，生成数字信号，控制处理模块16根据用户的输入控制信息生成波形信息，并在示波器的显示屏幕上显示。在现有技术中，50欧姆阻抗匹配电阻13通常用于实现输入阻抗的匹配。结合参考图1和图2，现有技术中，在高频信号通过信号输入端11进入直通衰减模块12时，由于衰减单元122存在输入插损等原因，导致衰减单元122对高频信号的频率响应曲线fl与直通单元121对高频信号的频率响应曲线f2不一致，从图2中可知，在幅度为-3dB时，fl的带宽BI比f2的带宽B2小，从而导致数字示波器I垂直档位带宽的不一致，为了解决上面的问题，就需要选用高带宽的衰减继电器或衰减片，但是这样的衰减继电器或衰减片不但价格昂贵，而且很难采购，所以这种方法即增加成本，又不容易实现。
发明内容
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为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种具有前端衰减功能的数字示波器。本发明所述的一种具有前端衰减功能的数字示波器，包括依次串联连接的信号输入端，直通衰减切换模块，前端放大模块，A/D转换模块及控制处理模块，所述的直通衰减切换模块响应所述的控制处理单元的控制信号，将一个衰减单元连接在所述的信号输入端和前端放大模块之间，还包括一个RC频率补偿电路，所述的直通衰减切换模块响应所述的控制处理单元的控制信号，同时将所述的衰减单元和所述的RC频率补偿电路并联连接在所述的信号输入端和所述的前端放大模块之间。在本发明所述的数字示波器中，所述的直通衰减切换模块也可以包括一个连接在所述的信号输入端和所述的前端放大模块之间的继电器，其具有连接所述的衰减单元的一对接点，所述的RC频率补偿电路也可以连接在所述的一对接点之间，且和所述的衰减单元的输入端贴近安装。在本发明所述的数字示波器中，所述的继电器也可以由一个包括内置衰减单元的衰减继电器构成，其具有分别与所述内置衰减单元的输入端和输出端连接的一对接点，所述RC频率补偿电路也可以与所述的一对接点并联连接，且和所述的内置衰减单元的输入端贴近安装。在本发明所述的数字示波器中，所述直通衰减切换模块也可以包括一个继电器，其具有连接所述信号输入端的输入接点，连接所述前端放大模块的输入端的输出接点；所述的RC频率补偿电路也可以连接在所述的继电器的输入接点和输出接点之间，且和所述的衰减单元的输入端贴近安装。在本发明所述的数字示波器中，所述直通衰减切换模块也可以由一个包括内置衰减单元的衰减继电器构成，其具有连接所述信号输入端的输入接点，连接所述的前端放大模块的输入端的输出接点。在本发明所述的数字示波器中，所述的RC频率补偿电路也可以由一个电阻和一个电容串联连接组成。在本发明所述的数字示波器中，所述的直通衰减切换模块与所述的前端放大模块之间也可以具有一个50欧姆的阻抗匹配电阻。本发明所述的数字示波器在不增加成本的情况下，使高频时垂直档位的带宽基本一致，并且结构简单，易于实现。
图1是现有技术中数字示波器I的结构示意图。图2是现有技术中直通单元121和衰减单元122的频率响应曲线的示意图。图3是本发明实施例中数字示波器2的结构示意图。图4是实施例中RC频率补偿电路224和衰减单元223的结构示意图。图5是实施例中RC频率补偿电路224和衰减单元223的频率响应曲线的示意图。图6是另一实施例中数字示波器2的结构示意图。图7是实施例中数字示波器2中PCB背面的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图介绍本发明的一较佳实施例。参考图3，数字示波器2包括依次串联连接的信号输入端21，直通衰减切换模块22，50欧姆阻抗匹配电阻23，前端放大模块24，A/D转换模块25及控制处理模块26，信号输入端21用于接收待测模拟信号，直通衰减切换模块22用于对待测模拟信号进行衰减控制，直通衰减切换模块22包括直通单元221和衰减单元223，当用户输入小垂直档位时，控制处理模块26根据用户设置的垂直档位，控制信号输入端21与直通单元221连接，信号直接输出给阻抗匹配电阻23 ;当用户输入大垂直档位时，控制处理模块16根据用户设置的垂直档位，控制信号输入端21与衰减单元223连接，信号经过衰减后输出给阻抗匹配电阻23 ;直通衰减切换模块22输出的信号经过终端电阻23送入前端放大模块24，前端放大模块24对信号进行放大处理后，送给A/D转换模块25进行模数转换，生成数字信号，控制处理模块26根据用户的输入信息生成波形信息，并在显示屏幕上显示。50欧姆阻抗匹配电阻23通常用于实现输入阻抗的匹配。
在本实施例中，直通衰减切换模块22还包括一个RC频率补偿电路224，当用户输入大垂直档位时，直通衰减切换模块22根据控制处理模块26的控制信号，同时将衰减单元223和RC频率补偿电路224连接在信号输入端21和前端放大模块24之间。参照图4，RC频率补偿电路224用于在待测模拟信号为高频信号时，对衰减单元223的带宽进行补偿，在本实施例中，RC频率补偿电路224由一个电阻Rl和电容Cl串联组成，其工作原理为，当衰减单元223等效为由电阻R2、R3和R4构成时，RC频率补偿电路224的阻抗为Xl = 1/(2 31 fCl)+Rl，Xl和R3的并联阻抗为X2，阻抗匹配电阻23和R4的并联阻抗X3，因此衰减单元223的衰减比为X2/X3。当待测模拟信号的频率f增大时，Xl变小，从而并联阻抗X2变小，由于X3不变，衰减比减小，所以50 Ω阻抗匹配电阻23上的电压增大，该电压即为前端放大模块24的输入电压。所以当待测模拟信号的频率增大时，50 Ω阻抗匹配电阻23上的电压也变大，但是由于衰减单元223存在输入插损等原因，导致当待测模拟信号的频率增大时，衰减单元223的输出变小，所以需要RC频率补偿电路224来解决衰减单元223随频率变大输出变小的问题。以IGHz带宽数字示波器为例，如果IGHz带来的输入插损为ldB，即衰减单元223比直通单元221的输出小ldB，这时需要通过RC频率补偿网络224使阻抗匹配电阻23上的分压值增大ldB，来补偿输入插损引起的衰减，即需要阻抗X2和R3的取值满足20*lg(X2/R3) = -1dB,从而通过推导得到RC频率补偿电路224中Rl和Cl的取值。结合参照图3和图5，RC频率补偿电路224的频率响应曲线为VI，衰减单元223的频率响应曲线为V2，V3是Vl和V2叠加之后得到的直线，可以看出，RC频率补偿电路224补偿了衰减单元223的带宽衰减。这样使得衰减单元223和直通单元221的频率响应曲线基本一致，从而使垂直档位的带宽一致。作为举例说明，RC频率补偿电路224也可以采用多个电阻和电容串并联组成的电路构成，或者可以采用电容和电感串联组成的电路构成，或者还可以采用电阻、电容和电感串联组成的电路构成。参考图3，在本实施例中，直通衰减切换模块22包括一个继电器222，继电器222具有接点Dl、D2、D3、D4、输入接点In和输出接点Out，输入接点In用于连接信号输入端21，输出接点Out用于连接前端放大模块的输入端，RC频率补偿电路连接在接点Dl和接点D2之间，当用户输入小垂直档位时，控制处理模块26控制接点D3和D4将直通单元221连接在信号输入端21和前端放大模块24 ;当用户输入大垂直档位时，控制处理模块26控制接点Dl和D2同时将衰减单元223和RC频率补偿电路224连接在信号输入端21和前端放大模块24之间，在待测模拟信号为高频信号时，RC频率补偿电路224用于补偿衰减单元223的带宽衰减。参考图6，作为举例说明，RC频率补偿电路224也可以连接在输入接点In和输出接点Out之间，在待测模拟信号为高频信号时，RC频率补偿电路224用于补偿衰减单元223的带宽衰减。在本实施例中，衰减单元223和继电器222共同由一个内置衰减单元的衰减继电器构成，其具有分别与内置衰减单元223的输入端和输出端连接的一对接点In、Out，RC频率补偿电路224与一对接点In、Out并联连接。作为举例说明，衰减单元223还可以由射频衰减片或电阻衰减网络构成。
在本实施例中，RC频率补偿电路224安装在衰减单元223的输入端附近，参考图7，继电器222在PCB板的背面具有6个安装过孔P1、P2、P3、P4、P5和P6，其中P3连接衰减单元223的输入端，RC频率补偿电路224连接在P3和P4中间，且Rl离P3的距离大于Cl离P4的距离，以使衰减单元223的输入走线尽量短，减小寄生电感，避免高频振荡。以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有前端衰减功能的数字示波器， 包括依次串联连接的信号输入端，直通衰减切换模块，前端放大模块，A/D转换模块及控制处理模块， 所述的直通衰减切换模块响应所述的控制处理模块的控制信号，将一个衰减单元连接在所述的信号输入端和前端放大模块之间， 其特征在于， 还包括一个RC频率补偿电路， 所述的直通衰减切换模块响应所述的控制处理模块的控制信号，同时将所述的衰减单元和所述的RC频率补偿电路并联连接在所述的信号输入端和所述的前端放大模块之间。
2.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的直通衰减切换模块包括一个连接在所述的信号输入端和所述的前端放大模块之间的继电器，所述的继电器具有连接所述的衰减单元的一对接点，所述的RC频率补偿电路连接在所述的一对接点之间，且和所述的衰减单元的输入端贴近安装。
3.根据权利要求2所述的数字示波器，其特征在于，所述的继电器由一个包括内置衰减单元的衰减继电器构成，其具有分别与所述内置衰减单元的输入端和输出端连接的一对接点，所述RC频率补偿电路与所述的一对接点并联连接，且和所述的内置衰减单元的输入端贴近安装。
4.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述直通衰减切换模块包括一个继电器，其具有连接所述信号输入端的输入接点，连接所述前端放大模块的输入端的输出接点； 所述的RC频率补偿电路连接在所述的继电器的输入接点和输出接点之间，且和所述的衰减单元的输入端贴近安装。
5.根据权利要求4所述的数字示波器，其特征在于，所述直通衰减切换模块由一个包括内置衰减单元的衰减继电器构成，其具有连接所述信号输入端的输入接点，连接所述的前端放大模块的输入端的输出接点。
6.根据权利要求3或5所述的数字示波器，其特征在于，所述的RC频率补偿电路由一个电阻和一个电容串联连接组成。
7.根据权利要求6所述的数字示波器，其特征在于，所述的直通衰减切换模块与所述的前端放大模块之间具有一个50欧姆的阻抗匹配电阻。
全文摘要
本发明公开了一种具有前端衰减功能的数字示波器，包括依次串联连接的信号输入端，直通衰减切换模块，前端放大模块，A/D转换模块及控制处理模块，直通衰减切换模块响应所述的控制处理模块的控制信号，将一个衰减单元连接在所述的信号输入端和前端放大模块之间，还包括一个RC频率补偿电路，直通衰减切换模块响应控制处理模块的控制信号，同时将衰减单元和RC频率补偿电路并联连接在信号输入端和前端放大模块之间。本发明所述的数字示波器在不增加成本的情况下，使高频时垂直档位的带宽基本一致，结构简单，易于实现。
文档编号G01R13/02GK103185821SQ20111044894
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者史慧, 王悦, 王铁军, 李维森 申请人:北京普源精电科技有限公司