數字和取樣示波器的關鍵器件和電路

　　電子示波器是最受歡迎的電信號測量工具,目前數字存儲示波器的實時帶寬超過10GHz,取樣數字示波器的等效帶寬達到100GHz,在實驗室、車間、現場都有各種電子示波器為電信號測量提供數據。根據電子示波器的基本原理可分為模擬和數字兩大類。由于模擬示波器在電路結構上比數字示波器復雜,帶寬1GHz以上的電子示波器全部是數字示波器就不難理解了。當帶寬超過10GHz時,取樣數字示波器又具有電路結構最簡單的優勢,除了取樣門要求最高帶寬之外,其它都是低速電路,因而較易獲得100GHz的等效帶寬。

　　帶寬1GHz以上的數字存儲示波器和等效帶寬10GHz以上的取樣示波器,它們的單臺售價相當昂貴。針對特定應用往往僅使用到某些頻率和功能,此時,根據被測對象構建用戶定制的數字存儲或取樣示波器是可取的方法。本文提供有關的關鍵器件和電路都是近年的新產品。

　　圖1 取樣率2GS/S的ADC芯片的結構框圖

　　圖2 雙管式半橋式取樣頭電路

　　數字存儲示波器的關鍵器件——輸入前端模/數轉變器,通常是測量儀器公司自行設計和專用的高速集成電路,不供市售,例如TeK公司用在TDS5000等系列使用的帶寬500MHz以上的ADC,由TeK和IBM共同開發制造,成本很高,只供維修時更換。直到今年Atmel公司推出AT84AS系列高速ADC,才有帶寬1GHz,取樣率2GS/S,分辨率10位的產品可供使用?，F在,電子應用工程師可購買到高速高精度的ADC,構建數據采集系統、數字存儲示波器、自動測試系統、直接射頻轉換器等高頻電路。Atmel供應的AT84AS系列,目前有兩個型號：AT84AS003和AT84AS004,前者的取樣率1.5GS/S,后者的取樣率2GS/S,兩者完全兼容,AT84AS004的主要特征為：

　　·最高取樣率-2GS/S

　　·最高分辨率-10位

　　·模擬輸入電壓和阻抗-500mv,100Ω(差分)、50Ω(單端);

　　·模擬輸入帶寬-3.3GHz

　　·1GHz的高頻特性—有效位數7.8位,信噪比51dB,無雜波動態范圍-55dB,

　　·調節功能-ADC增益,取樣延遲,數據有效輸出,超量程指示輸出,1：4多工信號輸出。

　　·供電電壓—-5V,-2.2V,3.3V,2.5Vp,功率耗散6.5W

　　·裝封—-EBGA317,25×35mm

　　·工作溫度-0℃~90℃(民用級)-20℃~110℃(工業級)

　　AT84AS004芯片的結構框圖如圖1所示,從圖1可見,輸入信號Vin經取樣保持電路S/H,送入量化器和邏輯電路,在時鐘輸入CLR,取樣延遲調節SDA、圖形發生器有效位PGEB、復位脈沖DRRB作用下實現A/D轉換過程。獲得的A/D數據輸出經解多路復用器DMUX和低壓差分緩沖級LVDS放大,形成4路輸出端口A、B、C、D,4組輸出的10位數字信號供存儲器、DSP等作數據處理使用。芯片的調節信號還有內建自測試BIST,異步復位ASYNRST,增益調節GA,二進制和灰度碼選擇B/GB,休眠狀態SLEEP等。