一種微型示波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請?jiān)O(shè)計(jì)便攜式測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微型示波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 示波器作為電子工程師最常用的工具之一，是一種用途十分廣泛的電子測量儀 器，可以用來測量信號的幅度、頻率、諧波等參數(shù)，它能把肉眼看不見的電信號變換成看得 見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。
[0003] 現(xiàn)用的示波器，大多數(shù)都是用在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中使用，除了能檢測寬范圍的信號外，還 能對信號實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的處理與計(jì)算，因此，其結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜，體積龐大，價(jià)格昂貴，且不 便于攜帶。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N微型的示波器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的示波器結(jié)構(gòu)、功 能復(fù)雜，體積龐大，價(jià)格昂貴，且不便于攜帶的問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案：
[0006] -種微型不波器，包括：
[0007] 輸入端與信號輸入端相連，輸出端與自動(dòng)增益單元的輸入端相連的衰減單元；
[0008] 輸入端與所述自動(dòng)增益單元的輸出端相連，輸出端與信號轉(zhuǎn)換單元的輸入端相連 的緩沖單元；
[0009] 輸入端與所述信號轉(zhuǎn)換單元的輸出端相連，輸出端與FPGA單元的輸入端相連的模 數(shù)轉(zhuǎn)換單元；
[0010] 所述FPGA單元還同時(shí)與Μ⑶以及所述自動(dòng)增益單元相連；
[0011]與所述Μ⑶相連的按鍵、電位器控制單元以及顯示單元。
[0012]優(yōu)選的，所述衰減單元包括:可選10倍衰減單元和20倍固定衰減單元。
[0013]優(yōu)選的，所述可選10倍衰減單元包括:第一選擇開關(guān)、第一電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路和第 一電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路，其中，
[0014]所述第一電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0015] -端與所述第一選擇開關(guān)的第二路輸出端相連，另一端通過第二電阻接地的第一 電阻；
[0016] 所述第一電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0017] 與所述第一電阻并聯(lián)的第一電容；
[0018] 與所述第二電阻并聯(lián)的第二電容；
[0019] 與所述第一電容并聯(lián)的第一可調(diào)電容。
[0020] 優(yōu)選的，所述20倍固定衰減單元包括:第二電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路和第二電容補(bǔ)償網(wǎng) 絡(luò)電路，其中，
[0021] 所述第二電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0022] 一端與所述可選10倍衰減單元的輸出端相連，另一端通過第四電阻接地的第三電 阻；
[0023]所述第二電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0024]與所述第三電阻并聯(lián)的第三電容；
[0025] 與所述第四電阻并聯(lián)的第四電容；
[0026] 與所述第三電容并聯(lián)的第二可調(diào)電容。
[0027] 優(yōu)選的，所述衰減單元還包括:設(shè)置于所述可選10倍衰減單元和所述20倍固定衰 減單元之間的可選交流耦合單元，包括：
[0028] 輸入端與所述可選10倍衰減單元的輸出端相連，第二路輸出端與所述20倍固定衰 減單元的輸入端相連的第二選擇開關(guān)；
[0029] 一端與所述第二選擇開關(guān)的第一路輸出端相連，另一端通過第五電容與所述20倍 固定衰減單元的輸入端相連的第五電阻。
[0030] 優(yōu)選的，所述自動(dòng)增益單元包括:寬帶寬運(yùn)放單元和模擬開關(guān)單元。
[0031] 優(yōu)選的，還包括:設(shè)置于所述信號轉(zhuǎn)換單元以及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元之間的低通濾 波器。
[0032] 優(yōu)選的，所述緩沖單元為Buffer緩沖器。
[0033]優(yōu)選的，所述Buffer緩沖器具體為軌到軌輸出運(yùn)算放大器。
[0034] 優(yōu)選的，所述顯示單元為IXD顯示屏。
[0035]優(yōu)選的，所述信號轉(zhuǎn)換單元為單端輸入至差分輸出信號轉(zhuǎn)換電路。
[0036] 優(yōu)選的，所述MCU為基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的MCU。
[0037] 由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N微型示波器，包括:輸入端與信號輸入端 相連，輸出端與自動(dòng)增益單元的輸入端相連的衰減單元;輸入端與所述自動(dòng)增益單元的輸 出端相連，輸出端與信號轉(zhuǎn)換單元的輸入端相連的緩沖單元;輸入端與所述信號轉(zhuǎn)換單元 的輸出端相連，輸出端與FPGA單元的輸入端相連的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元;所述FPGA單元還同時(shí)與 MCU以及所述自動(dòng)增益單元相連;與所述MCU相連的按鍵、電位器控制單元以及顯示單元。該 示波器采用相對簡單的模擬鏈路，數(shù)據(jù)處理以及顯示控制等由FPGA和MCU完成，而且是單通 道的示波器，減少了元器件，在降低成本，減小體積的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基本的信號檢測和數(shù) 據(jù)處理，能滿足基本的信號檢測需求。
【附圖說明】
[0038] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還 可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0039] 圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N微型示波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N衰減單元的電路圖；
[0041] 圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N自動(dòng)增益單元的電路圖；
[0042]圖4為本申請?zhí)峁┑囊环NBuffer緩沖器的電路圖；
[0043]圖5為本申請?zhí)峁┑囊环N信號轉(zhuǎn)換單元的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0045] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中的示波器結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜，體積龐大，價(jià)格昂貴，且不便于攜帶 的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N微型的示波器，具體方案如下所述：
[0046] 本實(shí)施例提供了一種微型示波器，如圖1所示，圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N微型示波 器的結(jié)構(gòu)示意圖。該示波器包括：
[0047] 輸入端與信號輸入端相連，輸出端與自動(dòng)增益單元102的輸入端相連的衰減單元 101；
[0048] 本申請的示波器的輸入信號幅度范圍為-40V~+40V，模擬帶寬可達(dá)20MHz。
[0049] 衰減單元101包括:可選10倍衰減單元1011和20倍固定衰減單元1012。如圖2所示， 圖2為本申請?zhí)峁┑囊环N衰減單元的電路圖?？蛇x10倍衰減單元包括:第一選擇開關(guān)、第一 電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路和第一電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路，其中，可選10倍衰減單元的選擇與否是通過 第一選擇開關(guān)S1實(shí)現(xiàn)的，
[0050] 第一電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0051] -端與第一選擇開關(guān)S1的第二路輸出端相連，另一端通過第二電阻R2接地的第一 電阻R1;
[0052]第一電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0053]與第一電阻R1并聯(lián)的第一電容C1;
[0054] 與第二電阻R2并聯(lián)的第二電容C2;
[0055]與第一電容C1并聯(lián)的第一可調(diào)電容C3。
[0056] 20倍固定衰減單元包括:第二電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路和第二電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路，其中，
[0057]第二電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0058] 一端與可選10倍衰減單元的輸出端（即第一選擇開關(guān)S1的第一路輸出端以及第一 電阻與第二電阻的連接點(diǎn)輸出端)相連，和另一端通過第四電阻R4接地的第三電阻R3;
[0059] 第二電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路包括：
[0060] 與第三電阻R3并聯(lián)的第三電容C4;
[00611與第四電阻R4并聯(lián)的第四電容C5;
[0062]與第三電容C4并聯(lián)的第二可調(diào)電容C6。
[0063]具體的，如圖2所示，衰減單元還包括:設(shè)置于可選10倍衰減單元和20倍固定衰減 單元之間的可選交流耦合單元，包括：
[0064]輸入端與可選10倍衰減單元的輸出端相連，第二路輸出端與20倍固定衰減單元的 輸入端（即第三電阻R3遠(yuǎn)離第四電阻R4的一端)相連的第二選擇開關(guān)S2;
[0065] 一端與第二選擇開關(guān)S2的第一路輸出端相連，另一端通過第五電容C7與20倍固定 衰減單元的輸入端相連的第五電阻R5。
[0066] 圖中1?1、1?2、1?、1?4為分壓電阻，(：1、02工4、05為補(bǔ)償電容，03、06為可調(diào)電容，用來 微調(diào)上部分的電容值。
[0067] 因?yàn)槭静ㄆ饔^測的是一個(gè)頻帶段以內(nèi)的信號，為了保證在通頻帶范圍以內(nèi)衰減因 子不變，必須要輔助電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，由電阻衰減網(wǎng)絡(luò)電路和電容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路共同作用。
[0068] 如圖2所示，閉合第一選擇開關(guān)S1的上路開關(guān)則不選擇10倍衰減，閉合下路開關(guān)則 選擇10倍衰減，電阻分壓、電容補(bǔ)償帶寬。第二選擇開關(guān)S2為選擇直流耦合和交流耦合的開 關(guān)，閉合上路開關(guān)則選擇交流耦合，閉合下路開關(guān)則選擇直流耦合;20倍固定衰減單元用來 擴(kuò)大輸入信號的范圍。
[0069] 其中，本申請中的可選10倍衰減單元代替了傳統(tǒng)示波器探頭上的10倍可選衰減， 由一個(gè)兩路的撥碼開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)開通其中一路而關(guān)斷另外一路時(shí)信號不經(jīng)過任何網(wǎng)絡(luò)而 直接接入后級，相反僅另外一路開啟時(shí)，信號會經(jīng)過一個(gè)由電阻和電容組成的衰減網(wǎng)絡(luò)才 會傳入后級，其中的撥碼開關(guān)通斷由人為控制。傳統(tǒng)的10倍衰減集成在探頭上，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 通過線纜上帶開關(guān)從而可選衰減或不衰減，而且由于工藝制造做成單的線纜等問題導(dǎo)致造 價(jià)比較昂貴，成本高，本新型選擇的是便宜的電阻與電容板載在板子上，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠 實(shí)現(xiàn)基本功能，能減小成本。
[0070] 該10倍衰減單元補(bǔ)償3dB帶寬為25MHz，即當(dāng)輸入信號在0-25MHZ的頻率帶寬范圍 內(nèi)，隨著頻率升高，信號幅度逐漸下降，當(dāng)信號頻率達(dá)到最高25MHz時(shí)，幅度下降為原幅度的 I成
[0071] 直通后級指的是當(dāng)控制10倍衰減的那一路撥碼開關(guān)斷開，而另一路閉合時(shí)，信號 不經(jīng)過任何衰減后直接通過導(dǎo)線連入后級電路。
[0072] 自動(dòng)增益單元102包括:寬帶寬運(yùn)放單元1021和模擬開關(guān)單元1022。寬帶寬運(yùn)放單 元和模擬開關(guān)單元組合可以實(shí)現(xiàn)四組不同增益。
[0073]具體的，寬帶寬運(yùn)放單元的_3dB帶寬為1050MHz，失調(diào)電壓最大值為2mV，可改變反 饋電阻來改變電壓放大倍數(shù)。
[0074] 模擬開關(guān)單元的導(dǎo)通內(nèi)阻不高于4歐姆，_3dB帶寬大于200MHz。
[0075] 圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N自動(dòng)增益單元的電路圖，如圖所示，31表示一個(gè)寬帶寬的 運(yùn)放，包括一個(gè)型號為ADA4817-1的運(yùn)算放大器芯片U1，U1的正電源端口+Vs通過電感L1與+ 5V電源相連，電感L1遠(yuǎn)離+5V電源的一端通過電容C1接地，同時(shí)還通過電阻R1與U1的掉電端 口涵相連，U1的負(fù)電源端口 -Vs通過電感L2