4.2 垂直灵敏度

　　设计要求垂直分辨率为8bits，数字示波器的垂直分辨率是以A/D转换器的比特数来确定的，采用的是MAXIM公司生产的8位1Msps采样速率MAX118，满足设计的要求。设计要求垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档，并增加2mV/div档。显示屏的刻度为8 div×10div。在1 V/div档下，输入信号Vpp最大为8V，A/D转换器输入信号范围为Vpp值5V，故该通道放大倍数为5/8=0.625倍，其他档位同理。三档垂直灵敏度所对应的三个通道放大倍数如表1所示

　　表1 各通道放大倍数 垂直灵敏度(mv/div) 2 100 1000 放大倍数 312.5 6.25 0.625 4.3 扫描速度

　　扫描速度表征示波器能够展宽被测信号波形的能力。扫描速度定义为：单位实际内光点在屏幕水平方向移动的距离。扫描速度与该通道采样速率由如(1)式关系，取样率越高,这说明其捕捉信号的能力越强。公式如下：

　　f = 每格的取样数(N)/ 扫描速度(t/div) (1)

　　本设计中设定扫描速度从100ns到100ms ,共有七个挡,超过了设计要求的3个挡，根据上面公式，可以计算出对应的采样率如表2所示：

　　表2 各水平扫描速度档对应的采样率 扫扫描描S 100ns 400ns 2μs 40μs 400μs 20ms 100ms 采样率fs 200MHz 50MHz 10M Hz 500KHz 50KHz 1000Hz 200Hz 5主要功能电路的设计

　　5.1 输入阻抗匹配及程控放大电路

设计要求仪器输入阻抗为1M，输入信号频率范围为10Hz~10MHz，输入信号幅值范围为16mv～8V，故采用宽带高摆率电流反馈型运放AD811，电路接成射随的形式，-3db带宽为140MHz，AD811同相输入端输入阻抗为1.5MW，故在其同相端对地并上一个3 MW电阻，则=3//1.5 MW=1 MW,满足设计要求。后级程控放大器采用继电器选择3个不同的通道，从而实现三档不同的垂直分辨率。各通道放大器均选用宽带高速运放，放大倍数见表1。第三通道用于放大16mv小信号，放大倍数为320倍，故前级采用宽带高共模抑制比的运放OPA637，以提高信号信噪比。具体电路如图2所示。

　　图2 阻抗匹配及程控放大电路

　　5.2 测频整形电路

　　图3测频整形电路，由于受到比较器的性能限制，高频段500KHz以上采用高速比较器MAX913进行整形，低频段500KHz以下采用低速比较器LM311进行整形。为提高输入MAX913信号的信噪比，在其前级加一级无限增益放大，采用高摆率运算放大器LM7171，放大倍数为50倍，这样可减小MAX913输出脉冲边沿的抖动。比较器输出均经过施密特触发器整形后送入FPGA进行等精度测频，这样可使脉冲边沿更加陡峭。

　　图3 测频整形电路

　　5.3　采样保持电路

　　1)MAX118采样电路

　　MAX118为8位1Msps采样速率 A/D转换器，Mode脚接地采用写模式。其信号输入范围为0～5V，故用加法器将信号调理至0～5V。MAX118采样电路电路图见图4。

　　图4　MAX118采样电路

　　2)MAX197采样电路

MAX197为12位并行A/D转换器，通过其采样一电位器上的压降作为触发电平触发波形显示，从而实现触发电平可调。MAX197采样电路图见图5。

　　图5　MAX197采样电路

　　3)　MAX477采样电路

　　MAX477采样保持电路如图6所示，前级和后级MAX477均构成电压跟随器，TS12A4515为单通道模拟开关，采样时，logic=0，模拟开关闭合，故V1=V2=V3，同时V2很快对C1充电，因运放输出阻抗很小，故充电很快完成。采样结束时logic=1，模拟开关断开，由于V2无放电回路，其上电压值基本不变，故使V3值得以保存，即将采样所得结果保持下来。

　　图6 采样保持电路

　　5.4行列扫描电路

　　行列扫描电路本设计采用TI公司生产的12位电流输出型双路D/A转换器DAC7801，其内部数据采用两级缓存结构，两D/A数据可进行同步更新，适合于做行列扫描电路。一路D/A用于X轴锯齿波扫描电路，另一路D/A用于Y轴波形数据的输出。两输出分别接至模拟示波器的X轴和Y轴输入，即可显示波形。行列扫描电路图见图7.

　　图7行列扫描电路

　　6系统软件的设计

　　6.1系统软件流程图

　　图8是系统软件流程图

　　图8 系统软件流程图

　　6.2波形存储与调出

　　当按下存储键时，在FPGA中将当前波形显示RAM中的波形数据转存入另外一个波形存储RAM，当需要回放时，将该波形数据读出送至列扫描电路即可。

　　6.3单次触发

　　当按下单次触发键时，即搜寻是否满足触发条件，当触发条件满足时，采样数据写入双口RAM一次，并一直将该RAM中数据读出送至列扫描电路进行显示，这样得到稳定的单次触发的波形。

　　7测试数据

　　7.1使用仪器及型号

　　PC机：清华同方P1.7G,512M SG1733SB直流稳压电源

　　泰克TDS1002双踪示波器 E51/S伟福仿真机

　　20M模拟示波器 Agilent 33120A 信号源

　　SP1461数字合成高频信号发生器

　　7.2测试方案

　　将系统行列扫描输出端分别与模拟示波器X轴与Y轴输入端相连，将被测信号连接到系统输入端，将电源与系统相连，打开电源，预热系统两分钟，开始测试系统。测试主要内容包括：垂直灵敏度和水平扫描速度测试，信号幅值和周期测试。

　　7.3数据结果记录

　　1)垂直灵敏度测试

　　垂直灵敏度测试结果见表3-1，表3-2，表3-3。

　　表3-1 1V/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=4V) V实测 误差 10Hz 3.988 0.3% 1KHz 3.985 0.32% 100KHz 3.880 0.34% 1MHz 3.810 0.40% 10MHz 3.725 0.5%

　　表3-2 0.1V/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=0.4V) V实测 误差 10Hz 0.399 0.02 1KHz 0.386 0.32 100KHz 0.386 0.32 1MHz 0.380 0.4 10MHz 0.370 0.75

　　表3-3 20mV/div档垂直灵敏度 Fin(Vpp=8mV) V实测 10Hz 7.865 1KHz 7.845 100KHz 7.654 1MHz 6.802 10MHz 6.513 2) 水平扫描速度测试

　　水平扫描速度测试结果见表4-1，表4-2，表4-3。

　　表4-1 20ms/div 表4-2 2μs /div

　　Fin(HZ) T实测 50 19.996ms 100 9.995 200 5.001 Fin T实测 50KHz 20.001μs 100KHz 10.001μs 200KHz 5.001μs

 2/3   首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页