基本信息
文件名称:1.5GHz采样示波器模块模拟前端设计.pdf
文件大小:2.29 MB
总页数:73 页
更新时间:2025-05-31
总字数:约11.27万字
文档摘要

摘要

示波器是电子工程师和技术人员不可或缺的重要仪器之一,其广泛应用于电

子工业、宇航空天、通信工程等领域,功能强大,可以协助电子工程师和技术人员

完成各种测试测量任务。而随着电子信息技术不断地进步,模拟信号逐渐向着高频、

复杂多变的趋势发展,针对这些高频电信号的捕捉分析,以及对于信号细节的关注,

高带宽、高分辨率数字示波器应运而生。而设计高指标的示波器离不开低噪声、高

带宽的信号调理通道,因此,本文以低噪声信号调理通道设计为任务目标,研究了

以下内容:

1)硬件电路总体方案设计和噪声分析。本文根据课题指标要求合理设计了硬

件电路整体结构,介绍了运算放大器相关的闪烁噪声和白噪声,及其外围电阻电路

涉及到的热噪声,课题围绕运放及其外围主要噪声简化并搭建了运算放大器等效

噪声分析模型,借助通用电路分析方法进行了定量计算。

2)信号调理通道设计。按照课题输入动态范围指标要求设计了无源衰减网络,

设计了基于高、低频路径分离的阻抗变换网络,介绍了高、低频路径各自增益的计

算方法,并分析了如何将二者调节至一致及其必要性;根据各级垂直灵敏度档位增

益倍数合理设计了放大电路,同时根据运放噪声分析理论结果,对级联运算放大器

的等效输出噪声进行了计算,并与课题噪声指标进行比对。

3)触发调理电路和电源系统设计。围绕模拟带宽、触发灵敏度、动态范围等

指标要求设计了外触发调理电路及通道触发调理电路,特别通道触发调理电路采

用了基于D触发器的创新方案,为高频信号实现通道触发提供了新思路;另外分

析计算了整个模拟前端的总体功率需求,分别根据各个供电电压的功耗需求,综合

带载能力、纹波噪声等因素对电源芯片进行选型,最终设计出低纹波噪声电源系统。

课题依据指标要求最终用分立器件搭建出了1.5GHz带宽低噪声信号调理通

道,并对通道带宽、上升时间、增益精度和均方根噪声等指标进行了测试,测试结

果均满足要求。

关键词:调理通道,阻抗变换,低噪声,触发电路,低纹波电源

ABSTRACT

Oscilloscopeisoneoftheindispensableinstrumentsforelectronicengineersand

technicians.Itiswidelyusedinelectronicindustry,aerospace,communication

engineeringandotherfields.Withpowerfulfunctions,itcanassistelectronicengineers

andtechnicianstocompleteallkindsoftestandmeasurementtasks.Withthecontinuous

progressofelectronicinformationtechnology,analogsignalsaregraduallydeveloping

towardshighfrequency,complexandvariabletrend.Forthecaptureandanalysisofthese

highfrequencyelectricalsignals,aswellastheattentiontothedetailsofthesignal,high

bandwidth,highresolutiondigitaloscilloscopeemergedatthehistoricmoment.However,

thedesignofsuchahighindexoscilloscopeisinseparablefromthesignalconditioning

channelwithlownoiseandhighbandwidth.Therefore,thispapertakesthedesignoflow

noisesignalconditioningchannelasthetaskobjectiveandstudiesthefollowingcontents:

1)Ov