基于外部延时技术的等效采样示波器制造技术

本实用新型专利技术涉及示波器设计技术领域，尤其涉及一种基于外部延时技术的等效采样示波器。本实用新型专利技术包括微控制系统、测量电路、外部延时模块，所述微控制系统与测量电路直接电连接，所述微控制系统同时连接外部延时模块；所述微控制系统包括单片机、ＦＰＧＡ芯片、ＬＣＤ液晶显示器，单片机与ＦＰＧＡ芯片双向电相连，ＦＰＧＡ芯片同时连接ＬＣＤ液晶显示器；所述测量电路包括信号调理电路、Ａ／Ｄ采样器和整形电路。本实用新型专利技术结构简单实用，使用方便，而且可以根据外部延时器的不同，进一步减短延时时间提高等效采样频率，实现了快速，高效，高精度测量，提高了等效采样的采样速率，增强了示波器的性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及示波器设计
，尤其涉及一种基于外部延时技术的等效采 样示波器。
技术介绍
示波器是一种将不可见的电信号转化成可见图像的电子测量仪器。示波器在工作 过程中需要对测量电信号进行A/D采样，而在对高频信号进行采样的过程中，由于A/D转化 芯片的采样速度有限，往往通过等效采样的方式实现低速采样率采集高频信号的功能，这 就是等效采样示波器。等效采样的实质就是把待测量信号依次延时nAt (η = 0、1、2、3···) 后，对每一次延时进行一次采样，然后根据采样后的点回复出原波形，并显示出来。目前的示波器往往使用FPGA芯片作为控制核心，并在FPGA内部实现该Δ t的延 时。但由于FPGA本身工作频率的限制(目前FPGA的工作频率一般在200M左右)，该延时 最小只能达到5ns，对应的等效采样频率也只能达到200M，而现在对于高速采样率的示波 器要求越来越高，200M的采样率已经不能满足要求。针对上述存在的技术问题，本技术设计了一套基于外部延时技术的等效采样 示波器，延时时间短达1ns，等效采样频率高达1G，并且可以通过提高外部延时器的性能更 大程度的间断延时时间，提高采样频率。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于外部延时技术的等效采样示波器，利用等效采 样原理，结合嵌入式系统控制技术，针对高频待测电信号进行采样、测量和显示，适用于人 们对电信号进行高速有效的测量分析。为达到上述目的，本技术采用如下的技术方案微控制系统、测量电路、外部延时模块，所述微控制系统与测量电路直接电连接， 所述微控制系统同时连接外部延时模块；所述微控制系统包括单片机、FPGA芯片、IXD液晶显示器，单片机与FPGA芯片双向 电相连，FPGA芯片同时连接IXD液晶显示器；所述测量电路包括信号调理电路、A/D采样器和整形电路；所述信号调理电路的 输入端连接信号入口，信号调理电路的输出端分两路，一路连接A/D采样器，一路连接整形 电路；A/D采样器和整形电路分别与FPGA芯片电连接。所述外部延时模块采用可编程定时芯片DS1023构成。所述整形电路由放大电路和比较器电路组成，其中放大电路采用自动增益方式， 使用芯片AD603，比较器电路采用滞回比较方式，使用芯片TL3116。所述A/D采样器采用高速采样芯片MAX1425构成，包括输入隔离电路、滤波电路和 数据总线。本技术具有以下优点和积极效果1)结构简单实用，使用方便，而且可以根据外部延时器的不同，进一步减短延时时 间提高等效采样频率；2)实现了快速，高效，高精度测量，提高了等效采样的采样速率，增强了示波器的 性能。附图说明图1是本技术提供的基于外部延时技术的等效采样示波器的结构框图。图2是本技术基于外部延时技术的等效采样示波器中信号调理电路的电路 图。图3是本技术基于外部延时技术的等效采样示波器中整形电路的电路图。图4是本技术基于外部延时技术的等效采样示波器中A/D采样器的电路图。图5是本技术基于外部延时技术的等效采样示波器中外部延时模块的电路 图。具体实施方式下面以具体实施例结合附图对本技术作进一步说明本技术提供的基于外部延时技术的等效采样示波器，具体采用如下技术方 案，参见图1，包括微控制系统(101、102、103)、测量电路(104、105、106)、外部延时模块(107)，微控 制系统(101U02U03)控制整个示波器的工作，并且该微控制系统(101U02U03)与测量 电路(104、105、106)直接相连，微控制系统(101、102、103)同时连接外部延时模块(107)；微控制系统(101、102、103)包括单片机(101)、FPGA芯片(102)、LCD液晶显示器 (103)，单片机(101)与FPGA芯片(102)双向电相连，FPGA芯片(102)同时连接LCD液晶 显示器(103)；单片机(101)初始化整个系统，并且控制FPGA(102)中各个模块的进程，通 过FPGA(102)控制IXD液晶显示器(103)显示探测波形；测量电路(104、105、106)包括信号调理电路(104)、A/D采样器(105)和整形电路 (106)；信号调理电路(104)输入端连接信号入口，信号调理电路(104)输出端分两路，一路 连接A/D采样器(105)，一路连接整形电路(106) ；A/D采样器(105)和整形电路(106)分 别与FPGA芯片(102)电连接；在上述的基于外部延时技术的等效采样示波器中，外部延时模块(107)采用可编 程定时芯片DS1023构成；整形电路(106)由放大电路和比较器电路组成，其中放大电路采 用自动增益方式，使用芯片AD603，比较器电路采用滞回比较方式，使用芯片TL3116 ； A/D采 样器(105)采用高速采样芯片MAX1425构成，包括输入隔离电路、滤波电路和数据总线。下面进一步描述本技术提供的基于外部延时技术的等效采样示波器的工作 原理示波器首先对输入信号进行信号调理，通过检测用户选择的测量档位，有FPGA中 的控制程序控制信号调理电路进行相应档位的放大。如图2所示，通过继电器选择各档位 增益，继电器由单片机控制。Ths3001的带宽有420MHz，压摆为6500V/us，适合做宽带放大。第一片Ths3001和4第二片Ths3001采用同相输入实现阻抗匹配，Ths3001同相输入阻抗为1. 5MΩ，所以如图中 所示分别接入3ΜΩ的电阻Rl和R2实现两路的IM Ω输入阻抗。R3、R4、R5和R6构成一个 衰减网络。Ths7002能够以6dB为步进实现_22dB 20dB衰减/增益控制，本系统只用到 其中三个增益控制，2dB、8dB和14dB,即增益分别为1. 25、2. 5和5倍。Ths7002还能将电压 箝位在AD采样的范围内，防止输入大信号时垂直灵敏度档位设置得不合适而将信号放大 得很大，远远超过AD采样的范围，这样对ADC转换芯片不利。本通道可以通过继电器S3来选择显示为交流档还是直流档。因为涉及到直流档， 因此必须消除通道中运放引入的失调电压和偏置电压等，因此在每一个运放的信号输入引 脚接入调零电路，如通过调节图中Rp调零。图中的电阻是经过精密测量后得到的数值，与 实际标称值有点出入，这样是为了得到精确的增益。图中第四片ths3001实现一个加法器， 引脚2接入“DAC输出”，是通过单片机控制DAC转换器使信号叠加一个直流电压，这样可以 实现波形相对零电平上下移动，再通过ths7002放大与箝位，和第五片ths3001放大，这样 可以截取波形每一部分使其被放大，能够清楚的观察每一部分波形，尤其是能方便的观察 正弦波形的过零点处和波峰和波谷。然后将调理过多电信号进行比较整形处理。这部分核心器件采用超高速比较器 TL3116。输入信号经过可控增益放大器AD603构成的自动增益电路，这样保证信号进入 TL3116时都能达到合适幅度。如图3，信号经过经过一个阻容网络后进入AD603的输入端， AD603的可控增益部分由三极管网络搭建，并以AD603的输出作为反馈，实现自动增益控 制。之后信号进入TL3116实现滞回比较，将输入信号整形成方波信号。这个方波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外部延时技术的等效采样示波器，其特征在于，包括：微控制系统（１０１、１０２、１０３）、测量电路（１０４、１０５、１０６）、外部延时模块（１０７），所述微控制系统（１０１、１０２、１０３）与测量电路（１０４、１０５、１０６）直接电连接，所述微控制系统（１０１、１０２、１０３）同时连接外部延时模块（１０７）；所述微控制系统（１０１、１０２、１０３）包括单片机（１０１）、ＦＰＧＡ芯片（１０２）、ＬＣＤ液晶显示器（１０３），单片机（１０１）与ＦＰＧＡ芯片（１０２）双向电相连，ＦＰＧＡ芯片（１０２）同时连接ＬＣＤ液晶显示器（１０３）；所述测量电路（１０４、１０５、１０６）包括信号调理电路（１０４）、Ａ／Ｄ采样器（１０５）和整形电路（１０６）；所述信号调理电路（１０４）的输入端连接信号入口，信号调理电路（１０４）的输出端分两路，一路连接Ａ／Ｄ采样器（１０５），一路连接整形电路（１０６）；Ａ／Ｄ采样器（１０５）和整形电路（１０６）分别与ＦＰＧＡ芯片（１０２）电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静竹，刘思勤，徐安莹，姜帅，陶启成，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83[]