数字存储示波器中300MHz模拟通道设计

论文摘要

模拟通道是数字存储示波器的关键组成部分之一,其性能指标直接制约数字存储示波器的发展。如何使模拟通道具有更宽的频带、更低的噪声、更好的交直流特性是数字存储示波器研究的重要内容,模拟通道的设计也就成为数字存储示波器设计的关键环节。本课题是进行带宽为300MHz的模拟通道设计,其主要工作包括信号调理通道设计、触发通道设计、偏置调节和通道控制功能的实现以及电路的噪声抑制和抗干扰设计。在信号调理通道的设计中,幅度调理电路采用了数字步进衰减器+高速运算放大器+固定增益运算放大器+差分运算放大器的全新结构,其模拟带宽达到了预期的300MHz,同时增加了电路的可靠性,降低了调试的难度。触发通道选用了更高性能的模拟多路选择器、视频分离器和高速比较器,在提供了高质量的边沿同步信号和视频同步信号的同时,还简化了电路。设计了前级和后级相结合的独特的偏置调节方式,使偏置调节范围从原来的每个档位±10格增加到2mV/div—200mV/div档位±1V,500mV/div—5V/div档位±20V,同时这样的方式不必使用高分辨率的DAC,从而节约了成本。改用带有输出锁存功能的控制芯片,提高了通道状态控制的可靠性,减少了非人为误操作的可能性。在电路设计和PCB的设计上都注意采取了噪声的抑制和电路的抗干扰措施,通过实际的测试,取得了不错的效果。在设计、调试和验证过程中,涉及到的主要理论有阻抗匹配、高速PCB设计和运算放大器的应用等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 技术现状与发展趋势
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 设计任务
• 1.4 总体设计方案
• 第二章 信号调理通道
• 2.1 方案、主要器件的选择与确定
• 2.1.1 设计方案的选择与确定
• 2.1.2 主要器件的选择
• 2.1.3 具体设计方案
• 2.2 无源衰减网络
• 2.3 阻抗变换电路
• 2.3.1 输入阻抗
• 2.3.2 直流成分传输
• 2.3.3 静态工作点
• 2.4 数字步进衰减器
• 2.5 放大电路和输出级
• 2.5.1 运算放大器的应用设计
• 2.5.2 放大电路的级联与匹配
• 2.5.3 驱动ADC时的电路
• 2.6 信号调理电路的带宽限制
• 2.7 输入阻抗的选择
• 第三章 触发通道
• 3.1 关键器件的选择与具体方案
• 3.2 触发信号的产生和选择
• 3.3 高速比较器
• 3.4 视频触发
• 3.5 触发耦合
• 第四章 通道控制和自校正
• 4.1 通道控制电路
• 4.1.1 通道的状态控制电路
• 4.1.2 各种电平调节功能的实现
• 4.2 通道的自校正
• 4.2.1 自校正的目的和基本思想
• 4.2.2 自校正信号的产生电路
• 第五章 噪声抑制和抗干扰设计
• 5.1 噪声和干扰源分析
• 5.1.1 噪声的来源
• 5.1.2 电路的干扰源分析
• 5.2 抑制噪声的措施及抗干扰设计
• 第六章 调试与验证
• 6.1 模拟通道的调试
• 6.1.1 调试电路的注意事项
• 6.1.2 数据存储示波器数据采集系统的调试
• 6.1.3.随机采样的调试
• 6.1.4 PE4302、CD4094和DAC的调试
• 6.1.5 典型问题及解决方法
• 6.2 模拟通道指标的验证
• 6.2.1 上升时间
• 6.2.2 动态范围
• 6.2.3 偏置调节范围
• 6.2.4 输入电容的测试
• 6.2.5 手工校正
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果