一种通道隔离示波器的制作方法

本实用新型涉及测试测量技术领域，具体涉及一种通道隔离示波器。

背景技术：

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能将肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程，比如，利用示波器可以观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试电压、电流、频率等各种不同的电量。

示波器，特别是手持示波器(也称示波表)，对信号通道有一定的隔离要求。信号通道通常使用模拟隔离的方式进行隔离，可以用高频变压器和光耦组合的方案，但这种隔离方式对高频变压器的要求很高，其隔离度和带宽很难同时兼顾。现有的一些示波器中提出了信号通道的数字隔离方式，如图1所示，是现有的示波器数字隔离方案的示意图。对于每个通道，输入模块输入信号到信号调理模块，经信号调理模块调理后传送到adc(analog-to-digitalconverter，模拟数字转换器)模块，adc模块将模拟信号转化为数字信号后送到通道fpga进行处理。通道fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)实现如下作用：存储adc的数字信号；判断是否满足触发条件；根据主控fpga的指令上传对应的存储信号。数字隔离模块实现n个通道与主控fpga之间的数字隔离，主控fpga用于触发控制并处理波形数据送到显示模块显示。

对于图1所示的方案，每个通道都需要一个通道fpga，供电方式比较复杂，整个信号通道的电路结构复杂且体积较大，成本较高。

技术实现要素：

本申请提供一种通道隔离示波器，以解决现有的示波器信号通道的电路结构复杂且体积较大的问题。

一种实施例中提供一种通道隔离示波器，包括主控装置、数字隔离模块和至少一个信号通道，所述信号通道包括信号调理模块、adc模块和控制分发模块；

所述数字隔离模块用于将所述主控装置和所述信号通道数字隔离；

所述信号调理模块用于接收输入信号，并将所述输入信号调理至适配于所述adc模块的模拟电压信号；

所述adc模块用于将信号调理模块输出的模拟电压信号转换为数字信号；

所述主控装置用于产生控制信号，并将所述控制信号通过所述数字隔离模块传输给所述控制分发模块，接收所述adc模块通过所述数字隔离模块传输的数字信号，并对所述数字信号进行处理；

所述控制分发模块用于将所述主控装置传输的所述控制信号从串行转换为并行，并将并行输出的控制信号分发给所述信号调理模块和所述adc模块，以对所述信号调理模块和所述adc模块进行控制。

进一步的，所述控制分发模块包括n个控制输入端口和m个并行的控制信号输出端口，所述n小于所述m。

进一步的，所述控制分发模块采用74hc595芯片实现。

进一步的，所述数字隔离模块包括对应于每一个信号通道的高速数字隔离单元和低速数字隔离单元；

所述高速数字隔离单元用于传输所述adc模块输出的数字信号；

所述低速数字隔离单元用于传输所述主控装置产生的控制信号。

进一步的，所述高速数字隔离单元中包括隔离电源和基于电容隔离的数字隔离单元。

进一步的，所述高速数字隔离单元为isow7844隔离器。

进一步的，所述通道隔离示波器还包括与所述主控装置连接的显示模块，所述显示模块用于显示所述主控装置对所述数字信号进行处理后得到的波形显示数据。

进一步的，所述通道隔离示波器还包括与所述主控装置连接的输入模块，所述输入模块用于检测用户的输入操作。

进一步的，所述主控装置为片上系统soc。

进一步的，所述主控装置包括信号连接的fpga模块和arm模块，所述主控装置通过所述fpga模块与所述数字隔离模块信号连接。

依据上述实施例的通道隔离示波器，通过数字隔离模块可以实现主控装置和各信号通道间的数字隔离，对于每个信号通道，仅需控制分发模块将主控装置传输的控制信号从串行转换为并行，并将并行输出的控制信号分发给信号调理模块和adc模块，便可实现对信号调理模块和adc模块的控制。信号通道不再需要通道fpga，只需一个简单的控制分发模块便可实现对信号调理模块和adc模块的控制，因此，也便不再需要设计复杂的供电电路，从而降低了信号通道的电路结构和体积，相较于信号通道使用fpga的方案，本申请方案的成本较低。

附图说明

图1为现有的示波器数字隔离方案的示意图；

图2为本申请实施例的一种通道隔离示波器的结构示意图；

图3为本申请实施例的一种具体的通道隔离示波器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在本申请实施例中，通道隔离的示波器通过数字隔离模块将主控装置和信号通道进行数字隔离，每个信号通道包括信号调理模块、adc模块和控制分发模块，通过控制分发模块能够将主控装置传输的控制信号从串行转换为并行，并将并行输出的控制信号分发给信号调理模块和adc模块，以对信号调理模块和adc模块进行控制。

实施例一：

请参考图2，为本申请实施例提供的一种通道隔离示波器的结构示意图，该通道隔离示波器包括主控装置01、数字隔离模块02和r(r为大于或等于1的整数)个信号通道03，每个信号通道均包括信号调理模块31、adc模块32和控制分发模块33。实际应用中，该通道隔离示波器还包括与主控装置01连接的显示模块04。

其中，数字隔离模块02连接在主控装置01和信号通道03之间，用于将主控装置01和信号通道03进行数字隔离。

信号调理模块31用于接收输入信号，并将该输入信号调理至适配于adc模块32的模拟电压信号。信号调理模块31是示波器的基础模块，其接收的输入信号是模拟信号，该输入信号只有经过合理的调理之后才能输入到adc模块32中进行模数转换。具体的，信号调理模块31主要包括信号衰减电路、阻抗变换电路、电压偏置设置电路、交直流耦合方式选择电路等，可以按照现有示波器的信号调理模块进行设计。

adc模块32用于将信号调理模块31输出的模拟电压信号转换为数字信号，然后将该数字信号通过数字隔离模块02传输给主控装置01。

主控装置01用于产生控制信号，并将该控制信号通过数字隔离模块02传输给控制分发模块33，接收adc模块32通过数字隔离模块02传输的数字信号，并对该数字信号进行处理。主控装置01对adc模块32通过数字隔离模块02传输的数字信号进行处理的过程与常规示波器数据处理过程类似，主要实现波形数据处理、波形存储、数字滤波、测量运算等功能，数字信号经处理后得到波形显示数据，然后将该波形显示数据输出给显示模块04。显示模块04用于显示主控装置01对数字信号进行处理后得到的波形显示数据，该显示模块04比如可以是显示器、触摸屏等。

一实施例中，主控装置01可以包括fpga模块11和arm(arm处理器)模块12，fpga模块11和arm模块12之间信号连接，相互通讯；主控装置01通过fpga模块11与数字隔离模块02信号连接。具体的，fpga模块11接收adc模块32通过数字隔离模块02传输的数字信号，实现对该数字信号的处理，得到波形显示数据；fpga模块11主要完成对该数字信号的处理、波形存储、数字滤波等功能。arm模块12可以控制fpga模块11产生用于控制各信号通道的控制信号，实现对波形信号的测量运算、系统控制、对外通讯、人机交互等功能。

一实施例中，主控装置01可以是soc系统(systemonchip，片上系统)，soc是由多个具有特定功能的集成电路组合在一个芯片上形成的系统或产品，其中包含完整的硬件系统及其承载的嵌入式软件。一实施例中，该soc系统可以包括上述的fpga模块11和arm模块12，即该soc系统为集成fpga和arm的ic芯片(integratedcircuitchip，集成电路芯片)。

控制分发模块33用于将主控装置01传输的控制信号从串行转换为并行，并将并行输出的控制信号分发给信号调理模块31和adc模块32，以对信号调理模块31和adc模块32进行控制。具体的，控制分发模块33包括n个控制输入端口和m个并行的控制信号输出端口，其中的n小于m；主控装置01产生的控制信号通过n个控制输入端口中的数据输入端口输入到控制分发模块33，经控制分发模块33进行串并转换后通过m个并行的控制信号输出端口输出。通过串并转换，可以将少数的控制线扩展为多数控制线，从而减少控制线的隔离通道数量。比如，在一种实施例中，控制分发模块33可以包括1个数据输入端口和8个并行的控制信号输出端口，主控装置01传输的串行控制信号通过该数据输入端口输入到控制分发模块33，控制分发模块33将其转换为并行的控制信号，通过8个并行的控制信号输出端口输出；这8个并行的控制信号输出端口中包括与信号调理模块31连接的端口和与adc模块32连接的端口，控制分发模块33通过与信号调理模块31连接的端口将用于控制和/或配置信号调理模块31的控制信号分发给信号调理模块31，通过与adc模块32连接的端口将用于控制和/或配置adc模块32的控制信号分发给adc模块32。

一实施例中，控制分发模块33可以采用74hc595芯片实现。74hc595芯片包括3个控制输入端(移位时钟控制端、数据输入端和三态输出使能端)和8个输出端，内部包括8个移位寄存器、8个数据锁存器和8个三态输出模块，其利用3根数据线便可以实现8个控制信号，即只需使用3根数据线将3个控制输入端通过数字隔离模块02隔离后连接至主控装置01即可实现8个控制信号，这样，对于8个控制信号只需3个隔离通道即可，减少了控制线的隔离通道数量，进而降低了电路的复杂程度。

本实施例提供的通道隔离示波器，通过数字隔离模块可以实现主控装置和各信号通道之间的数字隔离，对于每个信号通道，仅需控制分发模块将主控装置传输的控制信号从串行转换为并行，并将并行输出的控制信号分发给信号调理模块和adc模块，便可实现对信号调理模块和adc模块的控制。通过控制分发模块对控制信号的串并转换，减少了控制线的隔离通道数量。与现有技术相比，信号通道不再需要通道fpga，只需一个简单的控制分发模块便可实现对信号调理模块和adc模块的控制，因此，也便不再需要设计复杂的供电电路，从而降低了信号通道的电路结构和体积，成本较低。而且，由于不再需要设计复杂的供电电路，因此可以避免因对信号通道中复杂的供电电源进行隔离而导致电源功耗较大、效率低的问题，可以较好地应用在采用电池供电的示波器中。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供一种具体的通道隔离示波器，该通道隔离示波器的结构示意图参见图3，其包括主控装置01、数字隔离模块02、r(r为大于或等于1的整数)个信号通道03、与主控装置01连接的显示模块04和输入模块05，每个信号通道均包括信号调理模块31、adc模块32和控制分发模块33。与实施例一不同的是，在本实施例中，通道隔离示波器还包括与主控装置01连接的输入模块05，数字隔离模块02包括对应于每一个信号通道03的高速数字隔离单元21和对应于每一个信号通道03的低速数字隔离单元22。

其中，高速数字隔离单元21连接在adc模块32的输出端和主控装置01之间，用于将adc模块32输出的数字信号隔离传输给主控装置01；低速数字隔离单元22连接在控制分发模块33的信号输入端口和主控装置01之间，用于将主控装置01产生的控制信号隔离传输给控制分发模块33。一实施例中，高速数字隔离单元21可以包括隔离电源和数字隔离单元，其中的数字隔离单元比如可以是基于电容隔离的数字隔离单元，具有较高的数据传输速率，可实现对adc模块32输出的数字信号的隔离传输，隔离电源实现电源隔离。例如，在一实施例中，高速数字隔离单元21可以选用型号为isow7844的隔离器，其集成了隔离电源和基于电容隔离的数字隔离单元，隔离度高达5000v，数据速率可达100mbps。

adc模块32输出的数字信号的数据量比较大，采用高速数字隔离单元21可以保证数据的快速传输和更新，以得到较好的示波效果；主控装置01产生的控制信号的数据量一般比较小，采用低速数字隔离单元22即可满足控制信号的传输要求。实际应用中，实现高速数字隔离的器件比实现低速数字隔离的器件的成本要高很多，这样，将adc模块32输出的数字信号进行高速数字隔离、主控装置01产生的控制信号进行低速数字隔离，关键器件减少，可以在满足数字隔离要求的基础上降低成本。

输入模块05用于检测用户的输入操作，该输入模块05比如可以包括面板按键和/或触摸屏等，用户可通过输入模块05进行示波器参数设置、波形测量等操作。

实际应用中，显示模块04和输入模块05可以共同构成一个人机交互装置，实现数据的显示和用户输入操作的检测，该人机交互装置比如可以由触摸屏实现。

本实施例提供的通道隔离示波器，通过数字隔离模块可以实现主控装置和各信号通道之间的数字隔离，保证了示波器使用时的安全测量，安全性及带宽平坦度均比模拟隔离高；该数字隔离模块采用高速数字隔离单元对adc模块输出的数字信号进行隔离传输，采用低速数字隔离单元对主控装置产生的控制信号进行隔离传输，降低了数字隔离传输的成本。本实施例提供的通道隔离示波器，其信号通道设计简单，不需使用通道fpga，降低了信号通道的电路复杂程度和信号通道的体积，同时降低了隔离电源的数量，进而降低了电源的功耗。本实施例的通道隔离示波器使用的关键器件较少，成本较低，数字隔离的方案比较简单。

上述实施例提供的通道隔离示波器可以是台式示波器，也可以是手持示波器(也称示波表)。手持示波器通常采用电池供电，采用本申请的方案，由于信号通道不再需要设计复杂的供电电路，因此避免了要对电源隔离而导致电源功耗大、效率低的问题，从而降低了隔离电源的数量，降低了电源的功耗，在采用电池供电的示波表中发挥了较大的优势。

以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。