[發(fā)明專利]一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離電路、方法及示波器

在審

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• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110687336A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 邵建波;劉洪慶;劉永;王嘯;李云彬
• 申請（專利權）人: 中電科儀器儀表有限公司
• 主分類號: G01R15/16
• 分類號: G01R15/16;G01R13/00
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 李圣梅

本發(fā)明主要公開了一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離電路及方法，包括隔離端的差分驅(qū)動器、基于電場耦合方法的信號隔離部分和非隔離端的阻抗變換器三個部分，所述信號隔離部分包括兩個隔離電容，通過隔離電容的充放電實現(xiàn)模擬信號的隔離。本發(fā)明不僅可以保證低頻段模擬信號隔離的幅頻特性響應，還能極大擴展高頻段模擬信號的隔離，理論上隔離信號的頻率上限沒有限制，同時功耗明顯減低，使得示波器的隔離通道體積進一步縮小。

技術領域

本發(fā)明涉及測試測量技術領域，特別涉及一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離電路及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器，它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程；但是在其實際應用的場合，通常具有較強干擾源，而電信號等模擬信號，尤其是低頻的模擬信號非常容易受到其他干擾信號如電磁信號、高頻數(shù)字信號等的干擾，從而導致模擬信號在傳輸?shù)倪^程中往往會疊加無用的各類干擾信號，導致信噪比不高，影響示波器檢測精度，針對此問題，添加有模擬信號隔離電路的隔離示波器應運而生，其利用隔離電路將外部電路與內(nèi)部電路進行隔離，切斷了干擾信號的傳播路徑，提高了示波器的檢測精度。

當前隔離示波器模擬信號的隔離通常利用變壓器實現(xiàn)的磁場耦合來完成，但是，利用變壓器實現(xiàn)的模擬信號隔離，其隔離的介電強度取決于幾個繞組之間以及它們對地的絕緣強度，通常為了獲得較高的隔離等級，變壓器繞組之間距離有具體的要求，隨著隔離等級的不斷提高，就造成變壓器體積越來越大；另外由于變壓器本身的結構特性，要擴展500MHz以上頻率的信號隔離，就要減小匝數(shù)降低分布電容，而減少匝數(shù)又會嚴重影響低頻段幅頻特性，這就造成一個矛盾，使得一種變壓器只能隔離某段高頻信號，例如隔離變壓器TC1-1T，其頻率響應在400KHz～500MHz之間，而同一系列的TC4-14，其頻率響應在200MHz～1400MHz之間。所以如果要實現(xiàn)1400MHz以內(nèi)的寬帶模擬信號的隔離，就要使用兩種變壓器，要隔離的寬帶信號上限頻率越高，所需變壓器種類就越多。這時，信號就要被分為多路傳輸，不僅極大的增大了體積，還使得信號噪聲加大，影響信號質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本公開為了解決上述問題，提出了一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離電路及方法，本公開利用電場耦合的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁場耦合的隔離方法，不僅可以保證低頻段模擬信號隔離的幅頻特性響應，還能極大擴展高頻段模擬信號的隔離，理論上隔離信號的頻率上限沒有限制，同時功耗明顯減低，使得示波器的隔離通道體積進一步縮小。

根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離電路，包括隔離端的差分驅(qū)動器、隔離電容和非隔離端的阻抗變換器三個部分；

所述差分驅(qū)動器的輸出端與阻抗變換器的輸入端之間串聯(lián)有隔離電容，所述差分驅(qū)動器的輸出端輸出的信號經(jīng)過隔離電容的隔離作用，作為所述阻抗變換器的輸入；

所述阻抗變換器包括一個高阻抗的接收電阻和一個單一輸出的信號放大器，所述接收電阻的兩端分別與信號放大器的兩個輸入端相連。

進一步的，所述電容為皮法級的高壓瓷片電容，用于實現(xiàn)高頻信號的隔離。

一種基于電場耦合的寬帶模擬信號隔離方法，包括以下步驟：

利用差分驅(qū)動器將單端輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為差分輸出的模擬信號；

通過在差分驅(qū)動器的兩個輸出端分別連接一個電容，實現(xiàn)模擬信號的隔離；

利用高阻抗的接收電阻接收差分驅(qū)動器通過隔離電容發(fā)送的高頻差分信號；

最后，阻抗變換器將高阻抗差分信號轉(zhuǎn)換為低阻抗單端輸出信號，驅(qū)動后級電路。

與現(xiàn)有技術相比，本公開的有益效果是：