专利名称：数字存储示波器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种示波器，尤其涉及一种数字存储示波器电路。
背景技术：
示波器是一种电子测量仪器，在需要观察电路的电压、电流波形及调试、分析、判 断电路故障的场合都会用到示波器，示波器可观察相对于时间的瞬时电压，它可显示波形 的形状并可测量幅度、频率和相位等参数。示波器和一些适当的传感器配合，还可以观察一 些非电量的变化。 现有的模拟及数字示波器一般体积较大。电源转换�？榧捌浔；さ缏妨痈丛樱� 稳定性及可靠性不够理想。信号调理�？椴捎枚嗉端ゼ跄？椋⒉捎枚嗉陡咚僭朔藕突� 控制开关，体积大，成本高，修正能力不高。传统示波器通常采用基准芯片产生基准信号， 其基准信号产生单一，校正复杂，而且价格昂贵。传统的示波器一般用DSP芯片设计，采用 5. 7"液晶屏，使用单片SDRAM，处理速度及波形刷新率低，连接液晶屏时需要增加控制芯片， 波形信息量少，开机界面存在严重闪烁现象。需要外加USB控制器才能连接USB接口 ，造成 PCB板面积较大。整个示波器体积较大，携带不方便，数据处理速度及波形捕获率低，波形信 息量少，稳定性和可靠性不理想，已经不能满足当今电子领域高速发展的需要。
发明内容
本发明主要解决原有示波器体积较大，携带不方便，数据处理速度及波形捕获率 低，稳定性和可靠性不理想，已经不能满足当今电子领域高速发展的需要的技术问题；提供 一种电路简单，PCB板面积较�。静ㄆ餍奖悖荽硭俣燃安ㄐ尾痘衤矢撸岣呶榷� 性和可靠性的数字存储示波器电路。 本发明同时解决原有示波器波形信息量少，开机界面存在严重闪烁现象的技术问 题；提供一种大大增加屏幕显示的波形信息，开机界面无异常画面，性能优良，成本低廉，使 用方便的数字存储示波器电路。 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本发明包括信号调 理电路、触发调理电路、自校正信号补偿模块、ADC采集�？�、FPGA存储�？�、MCU控制�？�、 LCD显示�？橐约拔鍪执娲⑹静ㄆ鞯缏诽峁┕ぷ鞯缪沟腁C/DC开关电源�？椋� 的信号调理电路与所述的ADC采集�？橄嗔龅腁DC采集�？�、所述的触发调理电路与 所述的FPGA存储�？橄嗔龅腇PGA存储�？榻铀龅腗CU控制�？椋龅腗CU控制 模块与所述的LCD显示�？橄嗔龅淖孕Ｕ藕挪钩ツ？橛胨龅腇PGA存储�？橹� 连接有高精度DAC转换�？椋龅淖孕Ｕ藕挪钩ツ？榈氖涑鲇胨龅男藕诺骼淼缏�、 触发调理电路的输入相连。本发明以MCU控制�？槲诵慕猩杓疲琇CD显示�？榭芍苯� 与MCU控制�？橄嗔佣档统杀荆蚧杓啤Ｊ静ㄆ骶枰孕Ｕ怪毕低�、触发系统 和水平系统。其校正时均要求基准信号精准、温漂小、无干扰等。本示波器自校正�？榈幕� 准信号采用高精度DAC转换模块，确保自校正的基准信号精准、可靠。基准信号产生简便、灵活，大大简化自校正过程。基准信号精确，基本不受其它任何因素干扰。整个示波器体积 较�。奖悖荽硭俣燃安ㄐ尾痘衤矢撸岣呶榷ㄐ院涂煽啃�。
作为优�。龅腁C/DC开关电源�？榘ㄒ来蜗嗔墓材�/差模滤波器、桥式整 流器、滤波器、开关变压器、整流滤波电路，所述的桥式整流器的输出还与一开关芯片相连， 所述的整流滤波电路输出还与一反馈电路的输入相连，反馈电路的输出经光耦与开关芯片 相连，开关芯片又与所述的开关变压器的输入端相连；所述的共模/差模滤波器的输出与 一市电触发脉冲整形电路的输入端相连，市电触发脉冲整形电路输出市电触发AC脉冲信 号。整流滤波电路输出示波器各模块所需要的直流电压，示波器所需要的市电触发AC脉冲 信号是通过共模/差模滤波器对市电进行整形后得到的。本发明的AC/DC开关电源�？榫� 有良好抗干扰能力以及EMI和EMC性能；输入市电范围宽广，符合全球各地的电网标准；优 良的反馈电路使开关电源输出各路直流电压稳定可靠，且具有良好的负载调整率；简捷的 LC滤波电路保证各路输出直流电压上只有极小的电压纹波；简洁的市电触发脉冲整形电 路保证示波器市电触发稳定可靠；电源的输入欠、过压保护功能实现简捷，只需要添加简单 的R、C电路即可，保护电压很宽，大大优于传统的开关电源输入复杂的保护电路。本发明的 AC/DC开关电源�？榧蚪莘奖悖杀镜土掖蟠蟮乜s短电源调试时间。
作为优�。龅男藕诺骼淼缏钒ㄒ来蜗嗔牡ゼ端ゼ跄？�、垂直移位�？楹� 高速宽带VGA放大�？椋龅牡ゼ端ゼ跄？橛胧静ㄆ鞯耐ǖ朗淙胄藕畔嗔龅母咚� 宽带VGA放大�？橛胨龅腁DC采集�？橄嗔�。本发明为双踪数字存储示波器，通道CH1和 通道CH2均为对称通道，垂直偏转系数以1-2-5方式步进，步进范围为2mV 5V (探头XI)， 支持探头X1、X10、X20、X50、X100、X1000等方式。被测输入信号通过单级衰减模块、垂直移 位�？榧案咚倏泶鳹GA放大�？榻兴ゼ�、平移及放大调理，得到ADC所需要的输入信号。 本发明采用单级衰减�？椋炔捎枚嗉端ゼ醯拇呈静ㄆ骷跎俑嗟腜CB布板空间和更少 的器件；增益控制设计简捷，且有传统示波器无法比拟的任意增益大小配置及增益大小连 续调节能力；具有极其理想的频率响应特性；具有传统示波器无法想像的小信号全带宽测 试能力及自校正参数硬件修正能力。信号调理电路中的放大电路采用了高速宽带VGA放大 �？椋氪呈静ㄆ鞑捎枚嗉陡咚僭朔糯笃骱突悼刂瓶厥迪址糯笙啾龋迪指蚪荩� 积更小巧，成本更低廉。 作为优�。龅拇シ⒌骼淼缏钒ㄒ来蜗嗔拇シ⒀≡竦缏�、抑制选择电路、高 频抑制电路及触发脉冲整形电路，所述的抑制选择电路上连接有视频同步分离电路，视频 同步分离电路输出同步脉冲信号给所述的FPGA存储�？椋龅拇シ⒙龀逭蔚缏飞匣� 连接有噪声抑制电路，触发脉冲整形电路输出触发脉冲信号给所述的FPGA存储�？�。本发 明的示波器电路支持多种触发类型，包括边沿、脉冲、视频、斜率、交替、超时等。支持多种 触发耦合方式，包括直流、交流、高频抑制、低频抑制、噪声抑制等耦合方式。支持多种触 发信源选择。触发脉冲是通过高速比较器对触发输入信号整形得到的，噪声抑制是通过调 节高速比较器的迟滞电压实现的。各种触发耦合方式时均具有良好的频率响应；用户自己 可通过升级示波器程序改变触发灵敏度，真正做到用户自己配置示波器部分性能指标；通 过电压控制高速比较器的迟滞电压，方便设计噪声抑制；具有良好的高、低频小信号触发能 力；可方便实现快速触发电路校正功能。本发明的触发调理电路具有简捷的触发系统结构， 电路调试简捷，采用市场上的通用器件设计，具有良好的性能指标。
作为优�。龅腁DC采集�？槲�1GS/S采集速度、8通道、125MSa/S低速低成本 的8分相ADC采集�？椋龅腇PGA存储模块上连接的有源晶振采用低抖动有源晶振。利 用大规模FPGA存储�？椋杓瞥霰竟径烙械挠布ザ端惴ǎ共饬扛咂敌藕攀钡玫接氲� 频一样的视觉抖动效果。采用低抖动有源晶振作为分相时钟，大大减小因时钟抖动而引起 的分相时钟抖动，减小ADC采集因分相产生的采集错误。采用独特的多分相技术设计出高 采样率示波器，大大降低示波器设计成本。 作为优选，所述的MCU控制�？樯狭佑辛礁龃笕萘縎DRAM模块、一个USB主接口 及一个USB从接口，所述的MCU控制�？榧捎蠻SB主、从控制电路，USB主、从控制电路分 别连接所述的USB主、从接口 ，所述的MCU控制�？楹退龅腇PGA存储�？榧洳捎每硎� 32位并行通信。本示波器电路的数据处理及控制�？椴捎猛ㄓ玫南牙嗟缱覯CU控制模 块(ARM9)进行设计，其成本低廉，接口丰富。采用两片大容量SDRAM存储器，加快数据处理 速度，大大提高示波器波形刷新率和波形捕获率。采用ARM9进行设计，大大降低硬件设计 成本，并能够轻松运行Li皿x操作系统，从而加快软件开发周期。USB主、从控制电路集成 于MCU控制模块内，USB主、从接口设计简单，打破传统示波器外加USB主、从控制器的设计 方法，从而降低成本、减小PCB板布板面积，大大提高USB通信性能。MCU控制�？橛隖PGA 存储�？榧洳捎每硎�32位并行通信，大大提高波形数据搬移速度，提高波形捕获率。两 片SDRAM设计，提高数据处理速度，大大提高波形刷新率，打破传统示波器使用单片SDRAM 设计方法。利用USB主接口进行U盘升级，可以适时对示波器进行一切软件、部分硬件功能 升级，不需要将示波器邮寄返回厂家，浪费资金和时间，真正做到用户对自己心爱的示波器 DIY，打破传统示波器无法升级的尴尬。 作为优�。龅腗CU控制模块和LCD显示�？橹淞佑卸员榷鹊鹘谀？楹腿� 闪烁�？�。增加去闪烁模块，使示波器在开机过程中无异常画面，避免原有示波器开机界面 存在严重闪烁现象。 作为优�。龅腖CD显示�？椴捎�7"真彩TFT屏。在示波器的波形显示区中，垂 直方向用于显示被测信号的幅度，水平方向上则显示被测信号取样值之间的时间关系。显 示器的水平分辨率越高，可以同时显示的取样点就越多，可观察到的波形范围就越广，使用 者就越容易捕捉到被测信号中的异常。波形需要使用者用眼睛去观察，最符合人眼视觉习 惯的长和宽的比是16 : IO，因此，用作示波器的显示器除了应具有尽量高的分辨率外，其
长和宽的比应尽量接近ie : io。目前，数字存储示波器通常采用长宽比为4 : 3、分辨率
为320X240或640X480的低分辨率普通液晶屏，属于常规屏，不能达到上述的技术要求。 采用7"真彩TFT屏，打破传统示波器使用5. 7"液晶屏的习惯，电路接口简单，而且7"真彩 TFT屏在水平方向上总共可以显示640个像素点，能够在显示屏上一次显示更多的波形细 节和更宽的波形，符合人眼视觉习惯，使使用者更容易捕捉到被测信号中的异常，显示更加 清晰，提高观察效果，可大大增加屏幕显示的波形信息。 本发明的有益效果是通过改进电源�？椋沟檬淙胧械绶段Э砉悖先蚋鞯� 的电网标准，优良的反馈电路使开关电源输出各路直流电压稳定可靠，且具有良好的负载 调整率，市电触发脉冲整形电路保证示波器市电触发稳定可靠。通过改进信号调理电路，使 示波器具有优良的小信号全带宽测试能力及自校正参数硬件修正能力。通过改进触发调理 电路，使示波器具有良好的高、低频小信号触发能力，可方便实现快速触发电路校正功能。自校正信号补偿�？�、高精度DAC转换�？榈纳柚茫沟没夹藕挪虮�、灵活且精确， 基本不受其它任何因素干扰，大大简化自校正过程。FPGA存储�？椴捎玫投抖性淳д瘢� 大减小因时钟抖动而引起的分相时钟抖动，减小ADC采集模块因分相产生的采集错误。采 用MCU控制�？椴⒘恿狡笕萘縎DRAM存储器，加快数据处理速度，大大提高示波器波形 刷新率和波形捕获率。在MCU控制�？楹蚅CD显示�？榧湓黾尤ド了改？椋繁Ｊ静ㄆ髟� 开机过程中无异常画面。采用7"真彩TFT屏，使使用者更容易捕捉到被测信号中的异常， 大大增加屏幕显示的波形信息。本发明的示波器电路性能优良，稳定性和可靠性高，成本低 廉，电路简捷可靠，所占PCB板面积�。拐鍪静ㄆ魈寤∏汕冶阌谛愕苯竦缱� 领域高速发展的需要。
图1是本发明的一种电路原理框图。 图2是本发明中AC/DC开关电源�？榈囊恢值缏吩砜蛲�。
图3是本发明中信号调理电路的一种电路原理框图。
图4是本发明中触发调理电路的一种电路原理框图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1 :本实施例的数字存储示波器电路，如图1所示，包括信号调理电路1、触 发调理电路2、自校正信号补偿�？�3、 ADC采集�？�4、 FPGA存储�？�5、 MCU控制�？�6、 LCD显示�？�7以及AC/DC开关电源�？�8。信号调理电路1有两个，其输入信号分别由通 道1、通道2输入，两个信号调理电路1的输出均与ADC采集�？�4相连。如图3所示，信 号调理电路1包括依次相连的单级衰减模块11、垂直移位�？�12和高速宽带VGA放大模 块13，单级衰减�？�11与示波器的通道输入信号相连，高速宽带VGA放大�？�13的输出与 ADC采集�？�4的输入端相连。同时，高速宽带VGA放大模块13的输出也与触发调理电路 2相连，触发调理电路2的输出与FPGA存储模块5相连。如图4所示，触发调理电路2包括 依次相连的触发选择电路21、抑制选择电路22、高频抑制电路23及触发脉冲整形电路24， 抑制选择电路22上连接有视频同步分离电路25，视频同步分离电路25输出同步脉冲信号 给FPGA存储模块5，触发脉冲整形电路24上还连接有噪声抑制电路26，触发脉冲整形电路 24输出触发脉冲信号给FPGA存储�？�5。如图1所示，ADC采集�？�4与FPGA存储�？�5 相连，它们之间进行8通道数据传输，ADC采集�？�4采用1GS/S采集速度、8通道、125MSa/ S低速低成本的8分相ADC采集�？椋現PGA存储�？�5上连接有有源晶振51、键盘模块52、 SRAM�？�53及高精度DAC转换�？�9，该有源晶振51采用低抖动有源晶振，高精度DAC转 换�？�9输出的电平调节信号分别给两个信号调理电路和一个触发调理电路，高精度DAC 转换�？�9还有一个输出端与自校正信号补偿模块3的输入端相连，自校正信号补偿�？� 3的输出端与两个信号调理电路1及触发调理电路2的通道输入信号相连。FPGA存储�？� 5又与MCU控制�？�6相连，MCU控制�？橛隖PGA存储�？榧洳捎每硎�32位并行通信。 MCU控制�？�6上连接有两个大容量SDRAM�？�61、一个USB主接口 62、一个USB从接口 63、一个LCD显示�？榧耙桓鯢LASH�？�、一个有源晶振、一个E2PR0M�？�。MCU控制�？�6集成有USB主、从控制电路，USB主、从控制电路分别与USB主、从接口 62、63相连。MCU控 制模块6和LCD显示�？�7之间还连接有对比度调节�？�64和去闪烁�？�65。本实施例 中，LCD显示�？�7采用7 "真彩TFT屏，该屏有65536色，分辨率为840 X 680 。
本实施例中，为整个数字存储示波器电路提供工作电压的电源�？橛葾C/DC开关 电源�？�8和电源转换�？�10相连构成。如图2所示，AC/DC开关电源�？�8包括依次相 连的共模/差模滤波器81、桥式整流器82、滤波器83、开关变压器84、整流滤波电路85，桥 式整流器82的输出还与一开关芯片86相连，整流滤波电路85输出还与一反馈电路87的 输入相连，反馈电路87的输出经光耦与开关芯片86相连，开关芯片86又与开关变压器84 的输入端相连。共模/差模滤波器81的输入端接100V 240VAC的市电，共模/差模滤波 器81的输出还与一市电触发脉冲整形电路88的输入端相连，市电触发脉冲整形电路88输 出市电触发AC脉冲信号。整流滤波电路85输出各种直流电压，经电源转换�？镮O转换， 获得示波器电路中各元器件需要的工作电压值。 工作过程如图3所示，被测量信号通过单级衰减�？�11进行固定倍数衰减后， 通过垂直移位�？�12叠加相应的垂直移位直流电平，再由高速宽带VGA放大�？�13对被 测量输入信号进行相应倍数的放大， 一条信号通路输入至ADC采集�？�4将处理好的被测 模拟信号转换成相应数字信号；另一条信号通路输入至触发选择电路21，再由抑制选择电 路22从直流抑制、交流抑制、低频抑制、高频抑制等抑制方式中选择一种，将触发信号中的 部分频率成份抑制后输入至触发脉冲整形电路24，由该电路整形出触发脉冲信号输入至 FPGA存储�？�5中的触发信号检测�？椋笷PGA存储�？橄煊ο嘤μ跫拇シⅲ佣娲� 和计算处理相应采集的数字信号；处理后的波形数字信号传送给MCU控制�？�6再做相应 的数学运算，由LCD显示�？�7还原显示出被测量的模拟信号。
权利要求
一种数字存储示波器电路，其特征在于包括信号调理电路(1)、触发调理电路(2)、自校正信号补偿模块(3)、ADC采集�？�(4)、FPGA存储�？�(5)、MCU控制�？�(6)、LCD显示�？�(7)以及为整个数字存储示波器电路提供工作电压的AC/DC开关电源模块(8)，所述的信号调理电路(1)与所述的ADC采集�？�(4)相连，所述的ADC采集�？�(4)、所述的触发调理电路(2)与所述的FPGA存储�？�(5)相连，所述的FPGA存储模块(5)接所述的MCU控制�？�(6)，所述的MCU控制�？�(6)与所述的LCD显示�？�(7)相连，所述的自校正信号补偿�？�(3)与所述的FPGA存储�？�(5)之间连接有高精度DAC转换�？�(9)，所述的自校正信号补偿�？�(3)的输出与所述的信号调理电路(1)、触发调理电路(2)的输入相连。
2. 根据权利要求1所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的AC/DC开关电源模 块(8)包括依次相连的共模/差模滤波器(81)、桥式整流器(82)、滤波器(83)、开关变压器 (84)、整流滤波电路(85)，所述的桥式整流器(82)的输出还与一开关芯片(86)相连，所述 的整流滤波电路(85)输出还与一反馈电路(87)的输入相连，反馈电路(87)的输出经光耦 与开关芯片(86)相连，开关芯片(86)又与所述的开关变压器(84)的输入端相连；所述的 共模/差模滤波器(81)的输出与一市电触发脉冲整形电路(88)的输入端相连，市电触发 脉冲整形电路(88)输出市电触发AC脉冲信号。
3. 根据权利要求l所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的信号调理电路(1) 包括依次相连的单级衰减�？�(11)、垂直移位模块(12)和高速宽带VGA放大�？�(13)，所 述的单级衰减�？�(11)与示波器的通道输入信号相连，所述的高速宽带VGA放大�？�(13) 与所述的ADC采集�？�(4)相连。
4. 根据权利要求l所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的触发调理电路(2) 包括依次相连的触发选择电路(21)、抑制选择电路(22)、高频抑制电路(23)及触发脉冲整 形电路(24)，所述的抑制选择电路(22)上连接有视频同步分离电路(25)，视频同步分离电 路(25)输出同步脉冲信号给所述的FPGA存储�？�(5)，所述的触发脉冲整形电路(24)上 还连接有噪声抑制电路(26)，触发脉冲整形电路(24)输出触发脉冲信号给所述的FPGA存 储�？�(5)。
5. 根据权利要求1所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的ADC采集�？�(4) 为1GS/S采集速度、8通道、125MSa/S低速低成本的8分相ADC采集模块，所述的FPGA存储 模块(5)上连接的有源晶振(51)采用低抖动有源晶振。
6. 根据权利要求1所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的MCU控制�？�(6) 上连接有两个大容量SDRAM�？�(61)、一个USB主接口 (62)及一个USB从接口 (63)，所述 的MCU控制模块(6)集成有USB主、从控制电路，USB主、从控制电路分别连接所述的USB 主、从接口 (62、63)，所述的MCU控制�？�(6)和所述的FPGA存储模块(5)间采用宽数据 32位并行通信。
7. 根据权利要求1或6所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的MCU控制�？� (6)和LCD显示�？�(7)之间连接有对比度调节�？�(64)和去闪烁�？�(65)。
8. 根据权利要求7所述的数字存储示波器电路，其特征在于所述的LCD显示�？�(7) 采用7"真彩TFT屏。
全文摘要
本发明涉及一种数字存储示波器电路，包括信号调理电路、触发调理电路、自校正信号补偿�？�、ADC采集�？�、FPGA存储�？�、MCU控制�？�、LCD显示�？橐约拔鍪执娲⑹静ㄆ鞯缏诽峁┕ぷ鞯缪沟腁C/DC开关电源模块，信号调理电路与ADC采集�？橄嗔珹DC采集�？�、触发调理电路与FPGA存储�？橄嗔現PGA存储�？榻覯CU控制�？椋琈CU控制�？橛隠CD显示�？橄嗔孕Ｕ藕挪钩ツ？橛隖PGA存储�？橹淞佑懈呔菵AC转换�？椋孕Ｕ藕挪钩ツ？榈氖涑鲇胄藕诺骼淼缏贰⒋シ⒌骼淼缏返氖淙胂嗔�。本发明性能优良，稳定性和可靠性高，成本低廉，所占PCB板面积�。鍪静ㄆ魈寤∏汕冶阌谛�。
文档编号G01R13/00GK101694500SQ200910308690
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者陈晓刚 申请人:杭州三汇科技有限公司;
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
