手持数字存储示波表模拟信号调理电路的设计

为防止输入电压过大或其他故障损坏过多的器件，手持示波表模拟信号调理电路应具备故障保护电路，MAX4534最大允许输入电压为40 V，供电电压为±5V，因此其输入端的最大输入电压应为35V，送入MAX4534的信号，最小已被衰减10倍，考虑到过高电压对衰减网络中无源器件以及PCB板布线的影响，示波表输入端所允许输入的最大电压应为350 Vrms，MAX4534具有故障保护功能。当输入电压过高时MAX4534会工作在掉电模式，防止被过高电压击穿，在图3中二极管VD1与VD2的作用是防止过高输入电压损坏后续器件，当有过高电压输入时，VD1与VD2间的电压将被箝位在±Vcc之间，阻止高电压信号通过，防止损坏后续器件。

2．3 主放大器及A／D转换驱动放大器

　　主放大器电路由宽带运算放大器EL5160、四选一多路复用器MAX4518以及外围电路构成。为使信号失真小，带宽能够得到保证并考虑到手持示波表低功耗的要求，主放大器应具有较高的压摆率、较低的功耗和幅度变化不影响带宽等特性，所以这里选用电流反馈型宽带运算放大器EL5160。

　　主放大器根据不同的垂直灵敏度档位对衰减网络送过来的信号提供2x、4x或8x的放大，该方案中手持示波表垂直灵敏度档位逢5(5mV／d-ivr、50mV／div等档位)提供8x放大，垂直灵敏度档位逢1(10mV／div、1000mV／div等档位)提供4x放大，逢2(20mV／div、200mV／div等档位)提供2×放大，放大倍数由反馈电阻R11～R13决定，反馈电阻在电路中通过四选一多路复用器MAX4518选择，MAX4518与MAX4534的逻辑功能完全一样(真值表见表1)，只是信号输出改为引脚6，不具备故障保护功能，CPU根据不同的垂直灵敏度档位设置MAX4518 A0、A1端口的控制字，选择一路信号输出。图3中ATT2、ATT3为CPU控制信号。当选择100mV／div挡时，CPU向A0、A1端口写入01，此时MAX4534，选择第二路(引脚5)信号通过电阻R12输出到COM端(引脚6)接地，此时主放大器输入端输入的电压Uin1与输出电压U01之间的关系为：

　　同理，当A0、A1端口的控制字为00或10时，MAX4534分别选择第一路(引脚5)或第三路的信号(引脚11)通过电阻R11或R13输出到COM端(引脚6)接地，此时主放大器的增益分别为8U0或2U0。

　　信号经主放大器放大后，仍不能满足A／D转换器输入端要求，通常要求输入信号电压值约1Vp-p，因此主放大器后是由宽带运放MAX4012及其外围电路构成的差分输入比例电路，A／D转换器的输入端信号要求输入的信号应当具有低失调电压、低噪声等特性，因此此处选择电压反馈型运算放大器MAX4012，其同相输入端输入的信号来自于其后A／D转换器自身输出的参考电压信号(一般为1．25 V)，其反相输入端通过电阻R14与主放大器输出端相连。经过A／D转换驱动放大器后的信号能够满足A／D转换器的输入端的要求。在A／D转换驱动放大器后，模拟信号送入A／D转换器的输入端并将其转为数字信号。

　　3 结束语

　　采用该电路设计的手持示波表样机在测试中各个档位垂直测量误差均小于l％，该系统设计由于采用高速、低功耗运算放大器，因此只要选择合适的耦合电容以及合理的PCB板图设计就可使该手持示波表的带宽达到100 MHz。

详解数字存储示波表样机的理论研究与商用设计（共7部分）