便携式数字示波器关键模块分析（一）
0赞一直使用成品数字示波器，但是有时外出测试不方便携带，一是在外可能使用市电不太方便，二是体积稍大了些，因此，制作便携式数字示波器就很必要了。虽然市面上已经有成品，但是鉴于学习其内部模块原理，特与大家交流讨论。废话少说，贴总体框图：
图1 系统总体架构图
程控衰减放大器：
其作用是对输入信号进行衰减或者放大，使进入A/D转换器的电压在额定范围之内，并且通过调档来控制波形的垂直灵敏度，使波形显示达到最好的测量和观察效果。鉴于运算放大器的特殊作用，在规定的带宽之内其增益一定要平坦，对运算放大器要求较高，运算速度一定要快，现选用ADI产品AD8021ARZ，此运放为高速低功耗单运放，具有低压噪声和低电流噪声 （其典型值分别为2.1 nV/√Hz和2.1 pA/√Hz），是当今的高速低噪声运算放大器产品中静态电源电流（7 mA @ ±5 V）最低的产品。工作电压范围较宽，为±2.25 V～±12 V，也可以采用5 V单电源供电，带宽为200MHz，适合各种增益配置，因此非常适合高速低功耗仪器仪表。
图2 AD8021管脚分布图
1管脚为电压参照基准，逻辑拉低即可，5管脚为电容补偿，不用时可与4连接，使用时可以减小噪声，8管脚拉低即可（其余信息请参照附件）。
AD8021放大倍数调档采用主控制器控制模拟开关的打开和闭合来控制电路的导通关断形式，模拟开关选用ADI产品ADG1611BCPZ-REEL7，ADG1611开关的接通条件是相关控制输入为逻辑0，其导通电阻仅仅为1Ω，对电路电压以及输入影响较小，受额定电流限制，需要在模拟开关前加限流电阻起到保护模拟开关和衰减的作用，选用合适电阻以及模拟开关闭合关断组合来控制放大倍数，实现放大倍数为0.04、0.1、0.2、0.4、1、2、4、10、20九个档位可调，此放大倍数分别对应数字示波器垂直灵敏度，实现波形垂直幅度可调。
此处选档不选用继电器控制是因为首先继电器体积大，整机组装不便；其次继电器开关的抖动很大，且此处使用电压并非很强，强电开关应用在此不大合适；最后，继电器对通路电阻影响大，最终测量精度下降。
图3 程控放大电路
程控放大电路如图3所示，被测信号由BNC输入，开关S1、S2决定耦合方式为直流还是交流，继而进入*0.5/*0.05衰减电路衰减倍数由S3、S4控制，U1构成缓冲器，S5、S6、S7、S8控制放大倍数为*0.8/*2/*4，S9、S10决定是否经过U3同相放大十倍，最后由反向放大倍数为-1的反相放大器消掉由第一级反相放大器带来的负号。
|
放大倍数 |
灵敏度 |
S3 |
S4 |
S5 |
S6 |
S7 |
S8 |
S9 |
S10 |
|
0.04 |
5V |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0.1 |
2V |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0.2 |
1V |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0.4 |
0.5V |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0.2V |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
2 |
0.1V |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
4 |
50mV |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
10 |
20mV |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
20 |
10mV |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
表1 程控放大电路放大倍数一览表
注释：“0”代表闭合，“1”代表断开
