信号调理电路、装置及其示波器设备的制作方法

本技术涉及信号处理，具体而言，涉及一种信号调理电路、装置及其示波器设备。

背景技术：

1、信号测量是电子测量领域的重要部分，例如数字示波器是电子测量领域的重要工具，广泛应用于信号的捕获、分析和显示。信号测量(如示波器)的前端电路是连接被测信号与示波器内部数字处理系统的桥梁，其性能直接影响到测量的准确性和可靠性。

2、目前，信号测量(如示波器)前端电路主要包含5部分：输入衰减电路，阻抗变换电路，低频补偿电路，可变增益电路以及adc驱动电路。其中，输入衰减电路，需要接受-几百v至几百v的电压输入，同时需要保证严格的输入阻抗参数，以及高频响应性能，使得每一个元件的选择都需要慎重考虑。可变增益电路通常使用集成的ic方案，成本较高。所以，为了减少对可变增益电路的性能和动态范围的苛刻要求，往往需要输入衰减电路部分使用大量继电器以及机械可调电容来实现多级的衰减选择，从而配合可变增益电路实现不同垂直分辨率的切换，这样的组合不仅成本高，大量机械元件也限制了示波器的使用寿命和可靠性，增加了使用中出现故障的可能性；而且这些元件往往体积较大，限制了小型化的可能。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种信号调理电路、装置及其示波器设备，用以解决目前信号前端调理电路使用大量继电器或机械开关以及机械可调电容实现多级衰减选择，同时使用vga芯片实现多级放大的电路结构，带来的可靠性低、成本高以及体积大的问题。

2、第一方面，本发明提供一种信号调理电路，该信号调理电路包括一级处理模块、阻抗变换模块以及二级处理模块，一级处理模块通过阻抗变换模块与二级处理模块电连接，二级处理模块的输出端用于输出目标调理信号；阻抗变换模块，用于对接收的一次衰减信号进行阻抗变换，以使信号调理电路的输入阻抗为预设输入阻抗值；阻抗变换模块，还用于根据阻抗变换后的信号生成驱动信号，向二级处理模块输出所述驱动信号，其中，阻抗变换模块的输出阻抗满足二级处理模块的工作要求；二级处理模块，用于根据第二目标衰减比例对驱动信号进行衰减获得二次衰减信号，其中，二次衰减信号用于确定目标调理信号。

3、上述设计的信号调理电路，本方案将原本衰减-阻抗变换-vga芯片的调理电路结构重新设计成衰减-阻抗变换-驱动-二次衰减的调理结构，使得设计的信号调理电路将输入衰减分成两个部分，分别是阻抗变换前的一次衰减以及阻抗变换后的二次衰减，因此，本方案避免采用vga芯片带来的高成本，并且本方案设计的阻抗变换模块不仅可以对整个电路的输入阻抗进行调节，还对阻抗变换后的信号进行重新驱动，使得阻抗变换模块的输出阻抗满足二级处理模块的工作要求，进而驱动二级处理模块实现不同比例的衰减，同时避免信号产生畸变，在此情况下，由于阻抗变换模块的驱动能力，本方案设计的一级处理模块即一次衰减的衰减电路复杂度可大大简化，并且由于本方案的二次衰减设置于阻抗变换后，因此，二次衰减没有阻抗/耐压以及输入电容等限制，使得二次衰减的二级处理模块可采用简单结构的衰减电路即可实现，进而解决使用大量继电器或机械开关以及机械可调电容存在的可靠性低以及体积大的问题，因此，基于本方案设计的信号调理电路、装置及其示波器设备的可靠性高，降低信号调理电路的体积以及成本，实现低成本小型化。

4、在第一方面的可选实施方式中，阻抗变换模块，具体用于对阻抗变换后的信号进行输出阻抗调节生成所述驱动信号。

5、在第一方面的可选实施方式中，阻抗变换模块包括阻抗变换单元、驱动单元以及低频补偿单元，阻抗变换单元的输入端与一级处理模块的输出端以及低频补偿单元的输出端电连接，阻抗变换单元的输出端与驱动单元的输入端电连接，驱动单元的输出端分别与二级处理模块以及低频补偿单元电连接；阻抗变换单元，用于对一次衰减信号和低频补偿信号进行阻抗隔离；驱动单元，用于对阻抗变换后信号进行重新驱动，调节输出阻抗，获得驱动信号；低频补偿单元，用于根据驱动信号以及一次衰减信号对驱动信号中的低频信号和直流信号进行补偿，生成低频补充信号。

6、上述实施方式，本方案设计的阻抗变换模块不仅拥有高输入阻抗的特点，还具有特殊的驱动电路可以驱动二级处理模块而使信号不产生畸变，另外，本方案还设计低频补偿电路完成低频和直流的反馈和补偿提高信号的准确性。

7、在第一方面的可选实施方式中，阻抗变换模块，具体用于根据第一目标放大比例对阻抗变换后的信号进行放大，获得第一放大信号，对第一放大信号进行输出阻抗调节，生成驱动信号。

8、在第一方面的可选实施方式中，阻抗变换模块包括阻抗变换单元、第一放大单元、驱动单元以及低频补偿单元，阻抗变换单元的输入端与一级处理模块的输出端以及低频补偿单元的输出端电连接，阻抗变换单元的输出端与第一放大单元的输入端电连接，第一放大单元的负反馈端与低频补偿单元电连接，第一放大单元的输出端与驱动单元的输入端电连接，驱动单元的输出端与二级处理模块电连接；阻抗变换单元，用于对一次衰减信号和低频补偿信号进行阻抗隔离；第一放大单元，用于根据第一目标放大比例对阻抗变换后的信号进行放大，获得第一放大信号；驱动单元，用于对第一放大信号进行重新驱动，调节输出阻抗，获得驱动信号；低频补偿单元，用于根据一次衰减信号和负反馈端接收的信号对驱动信号中的低频信号和直流信号进行补偿，生成低频补偿信号。

9、上述实施方式，本方案设计的阻抗变换模块不仅拥有高输入阻抗的特点，还具有特殊的驱动电路可以驱动二级处理模块而使信号不产生畸变，另外，本方案还在阻抗变换模块中设计第一放大单元，使得阻抗变换模块还具有放大功能，进而可简化后续二次衰减后的放大电路，进而避免采用vga芯片带来的高成本。

10、在第一方面的可选实施方式中，二级处理模块包括二次衰减单元，一级处理模块通过阻抗变换模块与二次衰减单元的输入端电连接，二次衰减单元的输出端用于输出目标调理信号；二次衰减单元，用于根据第二目标衰减比例对驱动信号进行衰减获得二次衰减信号，其中，二次衰减信号用于作为输出目标调理信号。

11、上述实施方式，当二次衰减信号能够直接满足示波器的垂直分辨率下的合适电压范围的情况下，本方案设计二级处理模块仅包括二次衰减单元从而简化电路结构，节约成本。

12、在第一方面的可选实施方式中，二级处理模块包括二次衰减单元以及第二放大单元，二次衰减单元的输入端与阻抗变换模块的输出端电连接，二次衰减单元的输出端与第二放大单元的输入端电连接，第二放大单元的输出端用于输出目标调理信号；二次衰减单元，用于接收比例调节信号，根据比例调节信号确定第二目标衰减比例，根据第二目标衰减比例对驱动信号进行衰减获得二次衰减信号，并向第二放大单元传输二次衰减信号；第二放大单元，用于根据第二目标放大比例对二次衰减信号进行放大，获得第二放大信号，其中，第二放大信号用于作为目标调理信号，所述第二目标放大比例根据所述目标调理信号的电压范围确定。

13、上述实施方式，当二次衰减信号不能够直接满足示波器的垂直分辨率下的合适电压范围的情况下，本方案在二次衰减单元基础上进一步设计第二放大单元，从而使得输入信号转换后满足目标调理信号的电压要求。

14、在第一方面的可选实施方式中，二次衰减单元包括第一rc电路和第二rc电路，第一rc电路的输入端与阻抗变换模块的输出端电连接，第一rc电路的输出端与第二rc电路的输入端电连接，第二rc电路的另一端接地；第一rc电路和第二rc电路，用于接收比例调节信号，根据比例调节信号调节分压电阻值获得目标分压比例，根据目标分压比例对接收的驱动信号进行分压衰减，获得二次衰减信号。

15、在第一方面的可选实施方式中，二级处理模块的衰减比例为连续可调，第二rc电路包括电容以及可变电阻器件，第一rc电路的输出端分别通过电容以及可变电阻器件接地，其中，电容与可变电阻器件并联，可变电阻器件的控制端用于接收比例调节信号。

16、上述实施方式，本方案通过比例调节信号调节可变电阻器件的电阻值，使得分压比例随着比例调节信号的变化而变化，实现分压比例的连续调节，进而实现第二目标衰减比例的连续调节。

17、在第一方面的可选实施方式中，可变电阻器件包括结型场效应晶体管以及第二电阻，结型场效应晶体管的栅极与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端用于接收比例调节信号，结型场效应晶体管的漏极与第一rc电路的输出端电连接，结型场效应晶体管的源极接地。

18、上述实施方式，本方案通过结型场效应晶体管在特定的栅极电压下，其可表现为一个电阻，并且不同的栅极电压其电阻值不同，进而实现衰减比例的连续调节，使得本方案设计的信号调理电路的衰减精度更精准，进一步提高信号调节的精度，并且简易的结型场效应晶体管可进一步节约电路成本。

19、在第一方面的可选实施方式中，第二放大单元包括多个级联的运算放大器，多个级联的运算放大器的输入端与第一rc电路的输出端电连接，多个级联的运算放大器的输出端用于输出目标调理信号。

20、上述实施方式，本方案设计第二放大单元考虑小输入信号如何进行相应的放大，即采用普通的运放级联的电路来替代目前多采用的vga芯片，从而大大降低信号调理电路的成本。

21、在第一方面的可选实施方式中，二级处理模块包括二次衰减单元、第二放大单元以及模数驱动单元，二次衰减单元的输入端与阻抗变换模块的输出端电连接，二次衰减单元的输出端与第二放大单元的输入端电连接，第二放大单元的输出端与模数驱动单元的输入端电连接，模数驱动单元的输出端用于输出目标调理信号；二次衰减单元，用于根据第二目标衰减比例对驱动信号进行衰减获得二次衰减信号，并向第二放大单元传输所述二次衰减信号；第二放大单元，用于根据第二目标放大比例对所述二次衰减信号进行放大，获得第二放大信号；模数驱动单元，用于对第二放大信号进行调节，以使第二放大信号的电压处于目标调理信号的调理电压范围内。

22、上述实施方式，本方案设计模数驱动单元替代目前的模数驱动芯片，使得第二放大信号满足输入的共模输入电压要求，进一步节约器件成本。

23、第二方面，本技术设计一种信号调理装置，该信号调理装置包括第一方面中任一可选实施方式描述的信号调理电路。

24、上述设计的信号调理装置，由于其包含第一方面中任一可选实施方式的信号调理电路，因此，设计的信号调理装置将原本衰减-阻抗变换-vga芯片的调理电路结构重新设计成衰减-阻抗变换-驱动-二次衰减的调理结构，使得设计的信号调理电路将输入衰减分成两个部分，分别是阻抗变换前的一次衰减以及阻抗变换后的二次衰减，因此，本方案避免采用vga芯片带来的高成本，并且本方案设计的阻抗变换模块不仅可以对整个电路的输入阻抗进行调节，还对阻抗变换后的信号进行重新驱动，使得阻抗变换模块的输出阻抗满足二级处理模块的工作要求，进而驱动二级处理模块实现不同比例的衰减，同时避免信号产生畸变，在此情况下，由于阻抗变换模块的驱动能力，本方案设计的一级处理模块即一次衰减的衰减电路复杂度可大大简化，并且由于本方案的二次衰减设置于阻抗变换后，因此，二次衰减没有阻抗/耐压以及输入电容等限制，使得二次衰减的二级处理模块可采用简单结构的衰减电路即可实现，进而解决使用大量继电器或机械开关以及机械可调电容存在的可靠性低以及体积大的问题，因此，基于本方案设计的信号调理装置的可靠性高，降低信号调理装置的体积以及成本，实现低成本小型化。

25、第三方面，本技术提供一种示波器设备，该示波器设备包括第一方面中任一可选实施方式描述的信号调理电路以及模数转换芯片，二级处理模块的输出端与模数转换芯片的输入端电连接，以用于向模数转换芯片输出目标调理信号。

26、上述设计的示波器设备，由于其包含第一方面中任一可选实施方式的信号调理电路，因此，设计的示波器设备将原本衰减-阻抗变换-vga芯片的调理电路结构重新设计成衰减-阻抗变换-驱动-二次衰减的调理结构，使得设计的信号调理电路将输入衰减分成两个部分，分别是阻抗变换前的一次衰减以及阻抗变换后的二次衰减，因此，本方案避免采用vga芯片带来的高成本，并且本方案设计的阻抗变换模块不仅可以对整个电路的输入阻抗进行调节，还对阻抗变换后的信号进行重新驱动，使得阻抗变换模块的输出阻抗满足二级处理模块的工作要求，进而驱动二级处理模块实现不同比例的衰减，同时避免信号产生畸变，在此情况下，由于阻抗变换模块的驱动能力，本方案设计的一级处理模块即一次衰减的衰减电路复杂度可大大简化，并且由于本方案的二次衰减设置于阻抗变换后，因此，二次衰减没有阻抗/耐压以及输入电容等限制，使得二次衰减的二级处理模块可采用简单结构的衰减电路即可实现，进而解决使用大量继电器或机械开关以及机械可调电容存在的可靠性低以及体积大的问题，因此，基于本方案设计的示波器设备的可靠性高，降低示波器设备的体积以及成本，实现低成本小型化。