数字荧光示波器1GHz前置放大器的设计

2015-04-29 09:42:22   来源:elecfans   

关键字: 数字荧光示波器  1GHz  前置放大器

  引言

  近年来, 国外数字示波器飞速发展, 中高端数字示波器市场基本被美国泰克、安捷伦、力科公司占有, 美国泰克公司在21 世纪初首先推出数字荧光示波器, 将数字示波器发展推向1 个新的平台。前置放大器芯片采用了砷化镓快膜封装的高新技术, 使产品的模拟带宽、采样率、底噪声, 触发抖动、波形刷新率都获得了新的突破。通道带宽特性是示波器的第1 指标, 对宽带示波器来说, 通道带宽的设计是非常重要的工作, 它是高速数据采集电路的基础, 也是示波器档次划分的重要依据。

  1 系统设计

  1. 1 系统总体设计方案

  整个前置放大器由4 个部分组成。高阻程控衰减器、阻抗变换器、低阻步进程控衰减器、高速差分放大器。前置放大器的原理框图如图1 所示。

  

图1 前置放大器

 

  图1 前置放大器

  输入信号首先经过50Ω 、1 MΩ 的选择, 当选择50时, 信号经过射频继电器, 直接进入到低阻程控衰减器, 当选择1 MΩ时, 信号经过阻抗变换电路, 由高阻输入转换为低阻输出, 再经过射频双向选择开关进入低阻程控衰减器, 完成增益调节。通过高速运算放大器完成单端信号变差分和电平转换的任务。为后续的ADC 电路提供驱动, 并为触发电路输送高速的触发信号。以5 mV/ div 为基准档, ADC芯片输入满度信号为500 mVp-p, 则要求通道的总增益为22 dB, 由于前置放大器插入许多示波器功能, 需两级20 dB增益高速差分放大器组成。当低阻50Ω 输入信号产生过压时, 过压检测装置输出将射频继电器转换为1 MΩ输入, 从而保护了后面的有源器件, 不过压就跳回低阻50 Ω输入。

  1. 2 阻抗变换电路的设计

  阻抗变换电路如图2 所示。

  

图2 阻抗变换电路

 

  图2 阻抗变换电路

  当示波器设置为高阻1 M 时, 输入信号经过高阻衰减器分为两路: 一路是高频信号, 经过电容C1 直接耦合到FET 高阻输入放大器IC2; 另一路低频信号成分经过R1、R2 组成的电阻分压器加到运算放大器的同向输入端,IC1 输出的低频信号经过的R4, 在IC2 的输入端与高频信号成分合成, 合成后的信号经过阻抗变换为低阻50Ω 输出, 反馈电容C3 的加入, 使合成的信号具有平坦的频率特性, R5 为阻抗变换器提供直流负反馈通路, 保证了整个电路具有良好的直流特性和温度漂移的稳定性, 在阻抗变换电路中, PCB 的布局布线对高频电路的性能影响很大, 特别是高阻输入端口的器件必须引线尽量短, 以使分布参数最小, 高阻器件的下面的大面积地层或电源布线层必须要挖空, 以减小分布电容。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0429/article_11576.html
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