数字示波器程控放大的方案论证.docxVIP

第 PAGE \* Arabic 4 页第 PAGE \* Arabic 4 页 程控放大的方案论证 方案1：采用压控宽带放大器vca810，带宽20M，能实现信号在-+40dB范围内任意改变。但是它必要要dac的控制，还需要另外做dac，而且供电只能-+5V，所以不能无失真衰减8Vpp的信号，衰减功能不能用，题目要求只有3个档位，它的任意改变增益的功能也不能发挥。 所以不采用此方案。 方案2：采用PGA芯片，THS7001，它可以-+15v供电，能实现-22dB到20dB，步进6dB的变化，所以完全可以解决vca810不能解决的问题。而且它具有低噪声和高带宽的特点，非常符合题目要求。所以采用此方案。 整形电路的供电方案论证 题目要求输入10M的信号，所以要采用高速比较器，经过计算输入信号最小有几个mv，所以必须要有滞回区间，所以要用滞回比较器抑制噪声。由于输入信号给FPGA，所以比较器的输出的高电平是3.3V低电压是0V，所以需要一种合适的供电方案，但是不同的供电方案又对输入信号有不同的影响。为了解决这个问题有一下几个方法： 方案１：双电源供电，根据系统设计，双电源供电的情况是＋３.３Ｖ和—６Ｖ，一方面的问题是高速比较器的电平范围一般没有这么大，另一方面的问题输出的低电平是—６Ｖ，FPGA不能直接采集。还要对方波信号进行电平的变换，所以放弃此方案。 方案２：单电源供电3.3V。这样就说明当输入信号小于0V共模电压时，输入信号就会失真。输出整形没有问题，但是输入信号要同时给ad采样，这样显然不行。为了解决这个问题，有两种方法: 把输入信号加一个直流偏置，把整体的信号抬升到0Ｖ以上，这样要整体改变系统的供电方案，同时输入信号的范围有减少一半，最重要的是ａｄ的输入已经由电平抬升电路，这样的话输出的信号的范围就更小了。　另外一个方法是把输入信号用运放隔离，使比较器不影响ａｄ采样的信号。这种方法只需要加一个跟随电路就能解决问题，不会产生新的问题。所以采用此方法。 采样保持电路方案论证 方案1：采用集成原件，经过查阅发现集成的采样保持电路不多，要么是速度都不快，要么是不能立即得到芯片。所以放弃此方案。 方案2：采用分立原件，看懂电路原理后发现它的电路并不复杂，就是由模拟开关盒运放组成，只要选择高速的模拟开关和运放，然后保持时间设置恰当，就能做到速度很快，所以采用此方案。 理论分析与计算 垂直灵敏度 输入信号范围的确定。 题目要求显示屏的刻度为8div*10div，最大灵敏度为1v/div。按照满屏计算的话输入信号的最大值=1*8=8vpp，所以信号要进行衰减。最小的灵敏度是2mvpp，如果按照满屏计算，而且信号无失真最大只能输入=2*8=16mvpp，最小如果按1div计算，输入信号=1*2mvpp=2mvpp，所以信号要进行宽带小信号放大。 档位和放大倍数的选择 档位 信号范围 前置放大固定增益 前置放大后 pga增益 pga增益后 PGA编码G0，G1，G2 2mv/div 2mv-16mv 10 20mv-160mv 10 200mv-1.6v 1 1 1 10mv/div 16mv-80mv 10 160mv-800mv 2.5 2 403.2mv-2.016v 1 0 1 100mv/div 80mv-800mv 不经过前置放大 80mv-800mv 2.52 201.6mv-2.016v 1 0 1 1v/div 800mv-8v 不经过前置放大 800mv-8v 0.32 256mv-2.56v 0 1 0 电路设计 前置放大和程控放大 为了实现对大信号的无失真衰减，所以整体+-10V供电。由于要实现2mv的小信号的放大所以要解决噪声和失调电压的问题，为了实现直流信号的显示，所以采用减法器的方式消除偏置。经过查阅技术手册计算出总体失调最大为20mv，所以决定减法器电阻的数值。针对噪声，选着低噪声运放的同时给运放的反馈加上小电容，有一定的滤波作用。THS7001负责程控放大，它具有低噪声和高带宽的特点。 整形电路  此模块由输入缓冲电路，滞回比较器电路，稳压电路组成。由于整形电路属于末级的电路，输出信号的摆幅大，所以要求芯片压摆率要高，所以选择THS4011.,压摆率有310 V/us。高速比较器采用TLV3502，反转时间最短为4.5ns,供电范围为6V。由于输入信号的低电平，要小于芯片的共模电压，并且芯片的输入有保护电路，所以只需要输入要加一个限流电阻，就能有效的防止共模电压对芯片的损坏。为了防止干扰要把滞回区间加大，经过试验和经验要把滞回区间加到100mv时才能保证信号的稳定，所以也就确定R15和R16的值。另外注意的是高速比较器的上升沿和下降沿对干扰特别的敏感，所以在做pcb的时候电源的旁路