[發明專利]一種數字示波器有源低壓差分探頭

在審

• 申請號: 201711259619.4
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108008170A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 孫國泉;姚廷明;王志文;張治海
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02;G01R1/067;G01R1/18;G01R1/30
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 韓耀朋

本發明提出了一種數字示波器有源低壓差分探頭，主要由探頭頭部，帶偏置線的同軸電纜和差分探頭放大器三部分組成，差分探頭放大器部分利用商用高頻差分放大器件來實現差分放大電路，兩路差分射頻信號通過探頭前端的雙子連接器進入探頭，高頻信號通過輸入阻抗匹配電路中各自的縫隙電容耦合到后級的衰減系數切換電路的程控衰減器中，然后進入模式轉換開關電路，通過開關選擇通路進入后級的差分放大電路進行放大；放大后的信號通過低通濾波器后經帶偏置線的射頻同軸電纜，由探頭頭部前端的BMA連接器接入到示波器輸入端。本發明實現不同的衰減系數的有源低壓差分探頭整體設計成本大大降低，是一種值得推廣的電路設計。

技術領域

本發明涉及測試技術領域，特別涉及一種數字示波器有源低壓差分探頭。

背景技術

有源探頭的前端有一個高帶寬的放大器，放大器是需要供電的，放大器的輸入阻抗都是比較高的，所以有源探頭可以提供比較高的輸入阻抗；同時放大器的輸出驅動能力又很強，所以可以直接驅動后面50歐姆的負載和傳輸線。由于50歐姆的傳輸線可以提供很高的傳輸帶寬，再加上放大器本身帶寬較高，所以整個探頭系統相比無源探頭就可以提供更高帶寬。

但是有源探頭的缺點在于，除了價格因素外，另外一個原因在于其有限的動態范圍。高帶寬放大器的輸入電壓范圍是不可能很大的，所以有源探頭不可能像無源探頭有那么大的測量范圍。常用的無源探頭的動態范圍普遍在幾百伏，而有源探頭的典型動態范圍都在幾伏左右，所以應用場合會有一些限制。

有源探頭里一個重要的分支是有源差分探頭，區別在于其前端的放大器是差分放大器，輸入端可以輸入兩路大小相等，相位相差180°的差分信號。差分放大器的好處是可以直接測試高速的差分信號，同時其共模抑制比高，對共模噪聲的抑制能力比較好。

差分探頭電路最重要的設計就是對稱拓撲結構，即兩路差分通路完全相同且呈軸對稱分布。

目前，有源差分探頭中差分放大器芯片集成度高，設計難度大，所涉及的關鍵技術多，如將程控衰減技術、模式轉換技術集成到芯片內部。這種芯片內部具有輸入失配調整電路、直流巴倫電路、預放大電路、程控數控衰減器、差動放大電路及模式轉換電路等，因此價格也極其昂貴，隨著頻率的升高，這種差分芯片價格更是極其昂貴，因此，大大限制了有源差分探頭的應用。

發明內容

為解決現有的有源差分探頭價格昂貴的問題，本發明提出了一種數字示波器有源低壓差分探頭，利用商用的差分放大器器件，外加程控衰減電路、阻抗匹配電路及開關切換電路，大大降低了有源差分探頭的成本。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種數字示波器有源低壓差分探頭，兩路差分射頻信號通過探頭前端的雙子連接器進入探頭，高頻信號通過輸入阻抗匹配電路中1各自的縫隙電容耦合到后級的衰減系數切換電路2的程控衰減器中，然后進入模式轉換開關電路3，通過開關選擇通路進入后級的差分放大電路4進行放大，模式轉換開關電路3和差分放大電路4的組合電路進行單端和差分模式的轉換；放大后的信號通過低通濾波器后經帶偏置線的射頻同軸電纜7，由BMA連接器接入到示波器輸入端。

所述程控衰減器不同衰減值的組合由信號處理板5中的邏輯電平進行控制，實現不同的衰減系數的控制。

可選地，衰減模式切換調節源于信號處理板5中微控制器MCU和EEPROM存儲器件的邏輯控制，通過探頭開關面板上按鍵開關的按壓操作給微控制器MCU一個低電平信號，微控制器MCU再通過內部程序并由相應的數據端口輸出TTL高低電平來實現對程控衰減器的控制，從而實現兩種衰減系數的切換選擇。

可選地，所述差分放大電路的校零偏移電壓調節通過兩路數字電位計作為電壓跟隨器的同相輸入端，兩路電壓跟隨器輸出端再由數字電位計合為一路作為后端電壓跟隨器的同相輸入端，最后通過運放反相比例放大器完成對所述差分放大電路的校零偏移調節。