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