手持数字存储示波表模拟信号调理电路的设计

示波器是时域测量领域最常用仪器，由于数字存储示波器在数据处理、波形数据保持和存储以及能耗等方面的优势，已经取代了传统模拟示波器，成为示波器市场上的主流产品。其中手持式数字存储示波表更是以体积小、携带方便、功能丰富、便于野外和现场测试等特点受到广泛欢迎。手持示波表的前端模拟信号调理电路关系到示波表带宽和垂直测量精度，示波表的关键电路单元，这里提出一种手持示波表前端模拟信号调理电路设计方案。

1 系统硬件总体结构
手持数字示波表总体硬件结构如图l所示，其主要由前端模拟信号调理电路、高速A／D转换与存储电路、时基电路、触发电路、取样控制电路、DSP、CPU及其外围电路组成。

手持数字存储示波表的工作原理：由外部输入的模拟信号经前端信号调理电路调整后送入高速A／D转换器转换为数字信号，高速存储电路再对A／D转换器输出的数字信号进行缓存，A／D转换的采集时钟以及高速存储电路的读写受触发电路与时基电路控制，CPU将要显示的波形数据送往LCD显示屏，将需要保存的波形数据写入非易失存储器。数字信号处理器DSP能够对波形数据进行各种分析处理。这其中前端信号调理电路可使经过调理后的信号峰峰值和偏置电压都满足A／D转换器的输入要求，并为了保证示波器输入信号不受示波表内部电路的影响以及为了防止示波表被高电压信号损坏，示波表的前端信号调理电路还应提供高输入阻抗、低输出阻抗以及高频补偿电路和故障保护电路。此外手持式示波表采用电池供电，电路设计时应采用低功耗器件。
示波表模拟信号调理电路具有如下特点：1)垂直灵敏度范围为5 mV／div～5 V／div(1-2-5步进，可程控)；2)最大输入电压为350 Vp-p；3)输入阻抗为1 MΩ／125pF；4)带宽10 MHz，改变高频补偿电容可将带宽提升到100 MHz；5)具有故障保护功能；6)低功耗、省电。
图2是手持数字示波表模拟信号调理电路的原理框图，该电路主要由无源衰减网络、故障保护电路、宽带可程控放大器以及A／D转换驱动放大器组成。