一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，由緩沖隔離放大器、數模轉換器、模擬比較器、數字變阻器、CPU控制器及電阻網絡組成。采用上述方案具有以下優點：1)采用數字變阻器實現觸發靈敏度連續可調節，調節步進小、分辨率高，電阻容差小、準確度高，控制靈活，使用方便；2)當信號中疊加了高頻噪聲時，用戶只需要通過I2C總線數控減小數字變阻器的值就可以獲得穩定的觸發波形。
【專利說明】一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于靈敏度連續可調【技術領域】，尤其涉及的是一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路。
【背景技術】
[0002]數字示波器不僅能夠穩定地顯示重復的周期性信號，同時能夠顯示具有特定特征的信號，其觸發靈敏度直接決定了其對微弱信號的捕獲與顯示的能力。數字示波器現有的觸發系統多數為模擬觸發系統，負責檢測信號電平的比較器使用處理原始測量信號的模擬比較器。對于模擬比較器的觸發靈敏度來說有兩個相互矛盾的要求。噪聲信號的穩定觸發，要求觸發系統在觸發門限周圍實現一定遲滯，因此模擬比較器必須采用反饋技術進行補償以獲得穩定顯示的波形；另一方面，對于小振幅信號，較大的遲滯又會限制觸發系統的靈敏度，導致小振幅信號無法穩定觸發顯示。
[0003]國內現有的數字示波器的觸發系統多數為模擬觸發系統，負責檢測信號電平的比較器使用處理原始測量信號的模擬比較器。模擬觸發系統的簡化框圖如圖1所示，現有的模擬觸發系統電路由緩沖放大器N1、數模轉換器DACN2和模擬比較器N3及外圍的電阻網絡組成。緩沖放大器NI的主要作用是避免模擬比較器跳變時產生的極快尖峰信號串入模擬通道。數模轉換器DACN2主要產生一個觸發電平信號，用于和模擬通道過來的模擬信號進行比較，如果模擬信號大于觸發電平，則模擬比較器N3輸出高電平；反之，如果模擬信號小于觸發電平，則模擬比較器N3輸出低電平。Rh是正反饋電阻，如果Rh值過小，正反饋過大，會使觸發靈敏度降低；反之，正反饋不足，觸發靈敏度過高，將導致模擬比較器輸出端的邊沿產生震蕩，無法獲得穩定顯示的波形。通過適當調節觸發滯后電阻Rh，使比較器獲得最高觸發靈敏度的同時，又避免了慢變化信號引起輸出端的邊沿震蕩。反饋電阻Rh —旦調節到合適的值，則Rh的值將保持不變。因此，數字示波器模擬觸發系統的觸發靈敏度一般為I格。
[0004]現有的模擬觸發系統的模擬比較器的反饋電阻Rh不可連續調節，如果Rh的值過大，當信號中疊加了高頻噪聲時，數字示波器將無法獲得穩定的觸發波形；如果Rh的值過小，當輸入小振幅信號時，反饋電阻Rh會增加系統的遲滯效果，降低觸發系統的靈敏度，導致小振幅信號無法穩定觸發顯示。
[0005]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，由緩沖隔離放大器、數模轉換器、模擬比較器、數字變阻器、CPU控制器及電阻網絡組成；所述緩沖隔離放大器，用于避免模擬比較器跳變時產生的極快尖峰信號串入模擬通道；所述數模轉換器，用于將數字電壓信號通過數模變換器DAC轉換成模擬電壓信號；所述模擬比較器，用于將模擬通道過來的模擬信號與數模轉換器過來的觸發電平進行比較，產生一個數字的觸發信號，該數字的觸發信號用于后續的觸發電路，用于確定時間參考的零點，采集的數據波形以該時間參考的零點進行顯示；所述數字變阻器，通過I2C接口實現對電阻的數控調節，從而改變模擬比較器的觸發反饋電阻的值，實現觸發靈敏度的連續可調；所述CPU控制器，用于產生I2C總線的控制時序，從而控制數字變阻器；所述電阻網絡，用于調節緩沖隔離放大器和模擬比較器的增益。
[0009]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述緩沖隔離放大器INH為差分輸入管腳的正端，與模擬通道過來的模擬信號經過Rl和R2的分壓網絡后相連接；INL為差分輸入管腳的負端，與數模轉換器MAX5441的輸出信號經過R3和R4的分壓網絡后相連接；0ΡΗ為差分輸出管腳的正端，與模擬比較器的IN+相連接；0ΡΗ為差分輸出管腳的負端，與模擬比較器ADCMP553的IN+相連接。
[0010]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述數模轉換器通過調節觸發電平，用于穩定的顯示波形，從而捕獲感興趣的信號波形。
[0011]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述模擬比較器的IN+為模擬比較器的差分輸入的正端，與NI的輸出端OPH相連接，同時與數字變阻器N4的W端連接；IN-為模擬比較器的差分輸入的負端，與NI的輸出端OPL相連接；Q+為模擬比較器的差分輸出的正端，為整個觸發系統的輸出，同時與數字變阻器N4的A端相連接；Q_為模擬比較器的差分輸出的負端，通過電阻R5接地。
[0012]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述數字變阻器中W為數字變阻器的滑動電阻端，與N3的IN+相連接；A為數字變阻器的固定電阻端，與N3的Q+相連接；SCL和SDA為數字變阻器數字控制的時鐘線和數據線，符合I2C總線接口標準，與CPU控制器的I2C總線的SCL和SDA相連接。
[0013]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述數字變阻器的最大電阻100k，具有1024個數控檔位，具有100歐的阻值分辨率，標稱電阻誤差達到1%，其溫度系數達到5ppm/°C。
[0014]所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其中，所述CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，該嵌入式CPU具有I2C接口，作為數字變阻器的控制器，通過I2C總線對數字電阻器進行控制，從而改變數字變阻器A腳與W腳之間的電阻值，自由調節觸發靈敏度，其中，SCL和SDA為I2C總線的時鐘和數據線，與數字電阻器的SCL和SDA相連接。
[0015]采用上述方案具有以下優點:1)采用數字變阻器實現觸發靈敏度連續可調節，調節步進小、分辨率高，電阻容差小、準確度高，控制靈活，使用方便；2)當信號中疊加了高頻噪聲時，用戶只需要通過I2C總線數控減小數字變阻器的值就可以獲得穩定的觸發波形；3)當信號中不帶有高頻干擾信號時，用戶只需要通過I2C總線數控減增加數字變阻器的值就可以獲得更高的觸發靈敏度特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為現有技術中|旲擬觸發系統電路圖。
[0017]圖2為本發明實施例中數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]本發明提出了一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的方法，該方法采用數字變阻器AD5272BCPZ-100代替反饋電阻Rh，通過數字控制接口改變數字變阻器AD5272BCPZ-100的電阻值，改變反饋電阻的補償效果，達到調節觸發靈敏度的目的。改進的模擬觸發系統的電路圖如下圖2所示。來自模擬通道的模擬信號為改進的模擬觸發系統的輸入，觸發信號為改進模擬系統的輸出，改進的模擬觸發系統由緩沖隔離放大器AD8351ARM N1、數模轉換器MAX5441 N2、模擬比較器ADCMP553 N3、數字變阻器AD5272BCPZ-100 N4和控制器CPU N5及電阻網絡等組成。
[0021]方案中，緩沖隔離放大器AD8351主要作用是避免模擬比較器跳變時產生的極快尖峰信號串入模擬通道。其中，INH為差分輸入管腳的正端，與模擬通道過來的模擬信號經過Rl和R2的分壓網絡后相連接；INL為差分輸入管腳的負端，與數模轉換器MAX5441的輸出信號經過R3和R4的分壓網絡后相連接；0ΡΗ為差分輸出管腳的正端，與模擬比較器ADCMP553的IN+相連接；0ΡΗ為差分輸出管腳的負端，與模擬比較器ADCMP553的IN+相連接。
[0022]方案中，數模轉換器MAX5441的主要作用是將數字電壓信號通過數模變換器DAC轉換成模擬電壓信號，數字示波器中該模擬電壓信號稱之為觸發電平。用戶通過調節觸發電平，可以穩定顯示波形，從而捕獲感興趣的信號波形，是定位故障的基礎。
[0023]方案中，模擬比較器ADCMP553的主要作用是將模擬通道過來的模擬信號與數模轉換器過來的觸發電平進行比較，生產一個數字的觸發信號，該數字的觸發信號用于后續的觸發電路，用于確定時間參考的零點，采集的數據波形以該時間參考的零點進行顯示。其中，IN+為模擬比較器的差分輸入的正端，與NI的輸出端OPH相連接，同時與數字變阻器N4的W端連接；IN-為模擬比較器的差分輸入的負端，與NI的輸出端OPL相連接；Q+為模擬比較器的差分輸出的正端，為整個觸發系統的輸出，同時與數字變阻器N4的A端相連接；Q-為模擬比較器的差分輸出的負端，通過電阻R5接地。
[0024]方案中，數字變阻器AD5272BCPZ-100的主要作用是通過I2C接口實現對電阻的數控調節，從而改變模擬比較器的觸發反饋電阻的值，實現觸發靈敏度的連續可調。其中，W為數字變阻器的滑動電阻端，與N3的IN+相連接；A為數字變阻器的固定電阻端，與N3的Q+相連接；SCL和SDA為數字變阻器數字控制的時鐘線和數據線，符合I2C總線接口標準，與CPU控制器的I2C總線的SCL和SDA相連接。數字變阻器AD5272BCPZ-100的最大電阻100k,具有1024個數控檔位，具有100歐的阻值分辨率，標稱電阻誤差達到I %，其溫度系數達到5ppm/°C，可以用于精密的校準就容差匹配。AD5272有雙線式I2C兼容串行接口，可作為從機連接到I2C總線，受主機的控制。AD5272支持標準10kHz和快速400kHz數據傳輸模式。不支持10位尋址和廣播尋址。AD5272各有一個7位從機地址。五個MSB為01011，兩個LSB由ADDR引腳的狀態決定。更改ADDR硬連線的設置允許用戶將多達三個器件集成到一條總線上，雙線式串行總線協議按如下方式工作:主機通過建立起始條件而啟動數據傳輸；起始條件即為SDA線上發生高低轉換而SCL處于高電平時。之后的字節是地址字節，由7位從機地址和一個R/W位組成。與發送地址對應的從機通過在第9個時鐘脈沖期間拉低SDA來做出響應(這稱為應答位)。在這個階段，在選定器件等待從移位寄存器讀寫數據期間，總線上的所有其它器件保持空閑狀態。數據按9個時鐘脈沖(8個數據位和I個應答位)的順序通過串行總線發送。SDA線上的數據轉換必須發生在SCL低電平期間，并且在SCL高電平期間保持穩定。讀取或寫入所有數據位之后，停止條件隨即建立。在寫入模式下，主器件在第10個時鐘脈沖期間拉高SDA線，以建立停止條件。在讀取模式下，主機會向第9個時鐘脈沖發送不應答(即SDA線保持高電平)。主機在第10個時鐘脈沖前將SDA線拉低，然后在第10個時鐘脈沖期間拉高，以建立停止條件。
[0025]方案中，CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，該嵌入式CPU具有I2C接口，可作為數字變阻器的控制器，用戶通過I2C總線對數字電阻器進行控制，從而改變數字變阻器A腳與W腳之間的電阻值，從而改進了模擬比較器反饋電阻的遲滯效果，自由調節觸發靈敏度。其中，SCL和SDA為I2C總線的時鐘和數據線，與數字變阻器的SCL和SDA相連接。
[0026]采用上述方案具有以下優點:1)采用數字變阻器實現觸發靈敏度連續可調節，調節步進小、分辨率高，電阻容差小、準確度高，控制靈活，使用方便；2)當信號中疊加了高頻噪聲時，用戶只需要通過I2C總線數控減小數字變阻器的值就可以獲得穩定的觸發波形；3)當信號中不帶有高頻干擾信號時，用戶只需要通過I2C總線數控減增加數字變阻器的值就可以獲得更高的觸發靈敏度特性。
[0027]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，由緩沖隔離放大器、數模轉換器、模擬比較器、數字變阻器、CPU控制器及電阻網絡組成；所述緩沖隔離放大器，用于避免模擬比較器跳變時產生的極快尖峰信號串入模擬通道；所述數模轉換器，用于將數字電壓信號通過數模變換器DAC轉換成模擬電壓信號；所述模擬比較器，用于將模擬通道過來的模擬信號與數模轉換器過來的觸發電平進行比較，產生一個數字的觸發信號，該數字的觸發信號用于后續的觸發電路，用于確定時間參考的零點，采集的數據波形以該時間參考的零點進行顯示；所述數字變阻器，通過I2C接口實現對電阻的數控調節，從而改變模擬比較器的觸發反饋電阻的值，實現觸發靈敏度的連續可調；所述CPU控制器，用于產生I2C總線的控制時序，從而控制數字變阻器；所述電阻網絡，用于調節緩沖隔離放大器和模擬比較器的增益。
2.如權利要求1所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述緩沖隔離放大器INH為差分輸入管腳的正端，與模擬通道過來的模擬信號經過Rl和R2的分壓網絡后相連接；INL為差分輸入管腳的負端，與數模轉換器MAX5441的輸出信號經過R3和R4的分壓網絡后相連接；OPH為差分輸出管腳的正端，與模擬比較器的IN+相連接；OPH為差分輸出管腳的負端，與模擬比較器ADCMP553的IN+相連接。
3.如權利要求1所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述數模轉換器通過調節觸發電平，用于穩定的顯示波形，從而捕獲感興趣的信號波形。
4.如權利要求1所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述模擬比較器的IN+為模擬比較器的差分輸入的正端，與NI的輸出端OPH相連接，同時與數字變阻器N4的W端連接；IN-為模擬比較器的差分輸入的負端，與NI的輸出端OPL相連接；Q+為模擬比較器的差分輸出的正端，為整個觸發系統的輸出，同時與數字變阻器N4的A端相連接；Q_為模擬比較器的差分輸出的負端，通過電阻R5接地。
5.如權利要求1所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述數字變阻器中W為數字變阻器的滑動電阻端，與N3的IN+相連接；A為數字變阻器的固定電阻端，與N3的Q+相連接；SCL和SDA為數字變阻器數字控制的時鐘線和數據線，符合I2C總線接口標準，與CPU控制器的I2C總線的SCL和SDA相連接。
6.如權利要求5所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述數字變阻器的最大電阻100k，具有1024個數控檔位，具有100歐的阻值分辨率，標稱電阻誤差達到1%，其溫度系數達到5ppm/°C。
7.如權利要求1所述的數字示波器觸發靈敏度連續可調的電路，其特征在于，所述CPU控制器采用嵌入式ARM控制器SAM-3471，該嵌入式CPU具有I2C接口，作為數字變阻器的控制器，通過I2C總線對數字電阻器進行控制，從而改變數字變阻器A腳與W腳之間的電阻值，自由調節觸發靈敏度，其中，SCL和SDA為I2C總線的時鐘和數據線，與數字電阻器的SCL和SDA相連接。
【文檔編號】G01R13/02GK104267228SQ201410522059
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】劉洪慶, 陳秋偉, 張成森 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所