[发明专利]一种数字隔离通道示波器及数字示波器通道隔离系统

说明书

技术领域

本发明涉及电工技术的电子测量仪器领域，特别涉及一种数字示波器及数字示波器通道隔离系统。

背景技术

示波器是最常用的电子测量仪器之一。传统的示波器由于每个通道均共地，因此只能用于参照接地的测量。对于高共模信号以及对地存在高于安全电压的信号，最合适的测量工具是隔离通道示波器。该示波器的通道之间以及通道对地均是电气隔离的，具有很高的安全性及共模抑制比，因此在强电、高压等领域，隔离通道示波器得到了广泛应用。

传统的隔离通道示波器通常采用隔离放大器实现，该放大器放置于模拟前端的后面，AD转换器的前面，这样可以实现每个通道以及对地的电气隔离。这种模拟隔离的方法具有实现简单的优点，其缺点是目前的工艺水平决定了光隔离线性放大器线性度和频带特性均较差，使得隔离通道示波器的性能远低于普通示波器。

当前市场上隔离通道示波器的性能普遍较低。如美国泰克公司，目前其示波器产品线分为DPO4000、DPO70000、TDS1000、TPS2000等系列，其中只有TPS2000系列示波器为通道隔离示波器，其它系列均为非隔离共地结构。其中，以数字示波器最关键的两项技术指标：采样率及模拟带宽来看，性能指标最高的DPO70000系列示波器已达到了50GSa/s及20GHz，而TPS2000系列隔离示波器中性能最高的TPS2024的相应指标仅为2GSa/s及200MHz。

图1为传统的通道隔离示波器的原理框图。在此以两通道为例。图1中，被测信号从CH1及CH2输入，经过模拟前端调理放大后进入隔离放大器。隔离放大器实现了左右两端模拟信号的电气隔离，而后隔离后的信号送入模数转换器转换为数字信号，送入处理器实现存储、成像、显示及控制等功能。由于通道隔离的需要，示波器的电源被分为了三个彼此电气隔离的区域，由隔离电源产生。

由此可见，决定隔离示波器性能的关键部件为隔离放大器。常用的隔离放大器的隔离方法有电容隔离、磁耦合以及光耦合。但是，目前的工艺水平决定着几种方法的线性度和频带特性远差于普通放大器。而且，由于隔离放大器存在着前后级间严重的寄生耦合现象，这将导致传统隔离示波器通道之间的交流隔离特性很差。这就是当前隔离示波器性能低下的根本原因。

发明内容

为了克服现有技术中采用隔离放大器的方法存在的目前的工艺水平决定了光隔离线性放大器线性度和频带特性均较差，使得隔离通道示波器的性能远低于普通示波器，隔离放大器存在着前后级间严重的寄生耦合现象，导致传统隔离示波器通道之间的交流隔离特性很差；当前市场上隔离通道示波器的性能普遍较低的这些技术问题，本发明提供了一种数字示波器及数字示波器通道隔离系统。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为：提供了一种数字示波器通道隔离系统，包括：用于将输入信号转换为数字信号，并将数字信号送入采样与存储控制器的模数转换单元；用于对数字信号进行采样并存储的采样与存储控制单元；用于通过将数字信号转换为光再重新转换为电以实现电气隔离的光隔离单元；用于将存储的信号处理为波形图像的成像及显示控制单元；所述模数转换单元、采样与存储控制单元、光隔离单元以及成像及显示控制单元依次串联。

根据本发明数字示波器通道隔离系统的一优选技术方案：所述光隔离单元由两个光收发器及其之间连接的光导材料组成。

根据本发明数字示波器通道隔离系统的一优选技术方案：所述光收发器是激光收发器或普通光收发器。

本发明提供了一种数字隔离通道示波器，包括：模拟前端、成像及显示控制单元、显示单元，所述数字隔离通道示波器进一步包括：用于将输入信号转换为数字信号，并将数字信号送入采样与存储控制器的模数转换单元；用于对数字信号进行采样并存储的采样与存储控制单元；用于通过将数字信号转换为光再重新转换为电以实现电气隔离的的光隔离单元；所述模拟前端、模数转换单元、采样与存储控制单元、光隔离单元、成像及显示控制单元、显示单元依次串联。

根据本发明数字隔离通道示波器的一优选技术方案：所述光隔离单元由两个光收发器及其之间连接的光导材料组成。

根据本发明数字隔离通道示波器的一优选技术方案：所述每个光收发器包括：驱动器、电-光转换器、光-电转换器以及放大器。

根据本发明数字隔离通道示波器的一优选技术方案：所述数字隔离通道示波器包括若干隔离通道，每个隔离通道均包括模拟前端、模数转换单元、采样与存储控制单元、两个光收发器及其之间连接的光导材料。

本发明的优点在于：