[發(fā)明專利]一種改進的分路線性隔離電路及其示波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210560838.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103884894B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史慧;王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權(quán)）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;G01R13/00
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊

本發(fā)明提供了一種改進的分路線性隔離電路，包括低頻放大電路、線性光耦電路、頻率補償電路、緩沖電路、變壓器和加法電路。將輸入信號中的低頻分量使用線性光耦電路進行線性隔離，并增加頻響補償電路，補償由于線性光耦的延時造成的幅頻響應(yīng)凹陷。輸入信號經(jīng)過緩沖電路后連接到變壓器初級線圈的一端，將低頻分量連接到初級線圈的另一端，用于抵消輸入信號中的低頻分量，變壓器初級繞組中的電流變化反應(yīng)了輸入信號中的高頻分量，變壓器將高頻分量進行耦合隔離，隔離后的低頻信號和高頻信號輸入到加法電路，進行加法運算，隔離后的輸出信號和隔離前輸入信號具有平坦的幅頻響應(yīng)、線性相位，即實現(xiàn)了線性隔離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子測量設(shè)備，特別是一種改進的分路線性隔離電路及其示波器。

背景技術(shù)

隔離電路可以將輸入側(cè)的電信號傳遞到輸出側(cè)，但輸入側(cè)和輸出側(cè)之間在電氣上是隔離的，或者說是絕緣的，輸入側(cè)和輸出側(cè)之間只存在一個較小的電容。隔離電路可以提高測量時的共模抑制比，減少干擾，改善信號質(zhì)量，也可以絕緣危險電壓，保護設(shè)備和人身安全。在多通道示波器同時測量時，通道隔離還可以測量多個不同共模電壓的信號，防止因通道間共地造成短路事故。

從被處理的信號和隔離電路的頻率響應(yīng)看，隔離電路可以分為數(shù)字隔離電路和線性或模擬隔離電路。數(shù)字隔離電路只能隔離高、低電平信號，即數(shù)字信號，屬于開關(guān)信號，技術(shù)上容易實現(xiàn)。線性隔離電路有時也稱為隔離放大器，其輸出信號和輸入信號成線性關(guān)系，可以傳遞模擬信號，電路的頻率響應(yīng)可以從DC至很高的頻率。高帶寬（數(shù)百MHz以上）的線性隔離電路技術(shù)上較難實現(xiàn)。而實現(xiàn)具有很高DC精度的線性隔離電路，可以在示波器上實現(xiàn)電壓表或萬用表功能，具有很好的應(yīng)用價值，但是在技術(shù)上具有更高的難度。

線性隔離電路，常用的有以下幾種方式：

線性光耦隔離電路，線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變，增加一個用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個光接受電路都是非線性的，但兩個光接受電路的非線性特性都是一樣的。這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到實現(xiàn)線性隔離的目的。線性光耦能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的線性度，能夠?qū)χ绷餍盘栠M行隔離，但是信號帶寬最大只能到幾MHz。

變壓器隔離電路，利用電磁感應(yīng)原理，使一次側(cè)與二次側(cè)的電氣完全絕緣，使回路隔離。變壓器根據(jù)磁芯材料的不同和繞制方式的不同，可以實現(xiàn)對非常高的頻率進行隔離。但是由于電磁感應(yīng)的特點，變壓器不能對直流和低頻信號進行隔離，一般變壓器能夠隔離的最低能夠到kHz級別。

隔離放大器器件，目前市面上有一些集成的隔離放大器芯片，如ADI公司的AD203、AD215。該類器件利用變壓器進行隔離，將輸入進行線性調(diào)制成數(shù)字信號，然后利用變壓器對數(shù)字信號進行隔離，隔離后的信號再經(jīng)過解調(diào)，生成隔離后的模擬信號。這類具有較高的線性度，但是帶寬一般很低，最大的目前只有幾百kHz。

為解決上述器件的缺點，現(xiàn)有技術(shù)也給出了多種解決方案，下面就對其中幾種解決方案進行介紹：

A、專利號為CN96101007.X的專利，提供了一種解決方案，實現(xiàn)框圖如圖1所示。

其使用兩個不同帶寬的放大器，將輸入信號分成高頻路徑和低頻路徑，低頻路徑使用線性光耦進行隔離，高頻路徑使用變壓器進行隔離。變壓器次邊使用兩個繞組，產(chǎn)生相位相反的差分信號+Vout和-Vout。隔離后的低頻信號經(jīng)過增益調(diào)整和單端轉(zhuǎn)差分放大器，輸出的信號作為變壓器次邊的偏置。低頻通路由于線性光耦的延時，導(dǎo)致疊加后的信號，在高、低頻結(jié)合處幅頻響應(yīng)塌陷，采用電路48、52、50、54進行補償，使幅頻響應(yīng)在高、低頻結(jié)合處，適當(dāng)?shù)奶嵘瑢崿F(xiàn)了幅頻響應(yīng)的平坦性。

此專利能夠?qū)崿F(xiàn)大帶寬的線性隔離電路，但是有以下缺點：

1、由于變壓器次邊采用了兩個繞組，作為輸出差分信號的正負(fù)極，較難保證正負(fù)極的相同相位，增加了變壓器繞制的難度。