[發明專利]一種數字隔離通道示波器及數字示波器通道隔離系統

無效

• 申請號: 200910086226.7
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101650378A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 戴戈
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發明涉及電工技術的電子測量儀器領域，特別涉及一種數字示波器及數字示波器通道隔離系統。

背景技術

示波器是最常用的電子測量儀器之一。傳統的示波器由于每個通道均共地，因此只能用于參照接地的測量。對于高共模信號以及對地存在高于安全電壓的信號，最合適的測量工具是隔離通道示波器。該示波器的通道之間以及通道對地均是電氣隔離的，具有很高的安全性及共模抑制比，因此在強電、高壓等領域，隔離通道示波器得到了廣泛應用。

傳統的隔離通道示波器通常采用隔離放大器實現，該放大器放置于模擬前端的后面，AD轉換器的前面，這樣可以實現每個通道以及對地的電氣隔離。這種模擬隔離的方法具有實現簡單的優點，其缺點是目前的工藝水平決定了光隔離線性放大器線性度和頻帶特性均較差，使得隔離通道示波器的性能遠低于普通示波器。

當前市場上隔離通道示波器的性能普遍較低。如美國泰克公司，目前其示波器產品線分為DPO4000、DPO70000、TDS1000、TPS2000等系列，其中只有TPS2000系列示波器為通道隔離示波器，其它系列均為非隔離共地結構。其中，以數字示波器最關鍵的兩項技術指標：采樣率及模擬帶寬來看，性能指標最高的DPO70000系列示波器已達到了50GSa/s及20GHz，而TPS2000系列隔離示波器中性能最高的TPS2024的相應指標僅為2GSa/s及200MHz。

圖1為傳統的通道隔離示波器的原理框圖。在此以兩通道為例。圖1中，被測信號從CH1及CH2輸入，經過模擬前端調理放大后進入隔離放大器。隔離放大器實現了左右兩端模擬信號的電氣隔離，而后隔離后的信號送入模數轉換器轉換為數字信號，送入處理器實現存儲、成像、顯示及控制等功能。由于通道隔離的需要，示波器的電源被分為了三個彼此電氣隔離的區域，由隔離電源產生。

由此可見，決定隔離示波器性能的關鍵部件為隔離放大器。常用的隔離放大器的隔離方法有電容隔離、磁耦合以及光耦合。但是，目前的工藝水平決定著幾種方法的線性度和頻帶特性遠差于普通放大器。而且，由于隔離放大器存在著前后級間嚴重的寄生耦合現象，這將導致傳統隔離示波器通道之間的交流隔離特性很差。這就是當前隔離示波器性能低下的根本原因。

發明內容

為了克服現有技術中采用隔離放大器的方法存在的目前的工藝水平決定了光隔離線性放大器線性度和頻帶特性均較差，使得隔離通道示波器的性能遠低于普通示波器，隔離放大器存在著前后級間嚴重的寄生耦合現象，導致傳統隔離示波器通道之間的交流隔離特性很差；當前市場上隔離通道示波器的性能普遍較低的這些技術問題，本發明提供了一種數字示波器及數字示波器通道隔離系統。

本發明解決現有技術問題所采用的技術方案為：提供了一種數字示波器通道隔離系統，包括：用于將輸入信號轉換為數字信號，并將數字信號送入采樣與存儲控制器的模數轉換單元；用于對數字信號進行采樣并存儲的采樣與存儲控制單元；用于通過將數字信號轉換為光再重新轉換為電以實現電氣隔離的光隔離單元；用于將存儲的信號處理為波形圖像的成像及顯示控制單元；所述模數轉換單元、采樣與存儲控制單元、光隔離單元以及成像及顯示控制單元依次串聯。

根據本發明數字示波器通道隔離系統的一優選技術方案：所述光隔離單元由兩個光收發器及其之間連接的光導材料組成。

根據本發明數字示波器通道隔離系統的一優選技術方案：所述光收發器是激光收發器或普通光收發器。

本發明提供了一種數字隔離通道示波器，包括：模擬前端、成像及顯示控制單元、顯示單元，所述數字隔離通道示波器進一步包括：用于將輸入信號轉換為數字信號，并將數字信號送入采樣與存儲控制器的模數轉換單元；用于對數字信號進行采樣并存儲的采樣與存儲控制單元；用于通過將數字信號轉換為光再重新轉換為電以實現電氣隔離的的光隔離單元；所述模擬前端、模數轉換單元、采樣與存儲控制單元、光隔離單元、成像及顯示控制單元、顯示單元依次串聯。

根據本發明數字隔離通道示波器的一優選技術方案：所述光隔離單元由兩個光收發器及其之間連接的光導材料組成。

根據本發明數字隔離通道示波器的一優選技術方案：所述每個光收發器包括：驅動器、電-光轉換器、光-電轉換器以及放大器。

根據本發明數字隔離通道示波器的一優選技術方案：所述數字隔離通道示波器包括若干隔離通道，每個隔離通道均包括模擬前端、模數轉換單元、采樣與存儲控制單元、兩個光收發器及其之間連接的光導材料。

本發明的優點在于：