[发明专利]一种数字示波器有源低压差分探头

说明书

本发明提出了一种数字示波器有源低压差分探头，主要由探头头部，带偏置线的同轴电缆和差分探头放大器三部分组成，差分探头放大器部分利用商用高频差分放大器件来实现差分放大电路，两路差分射频信号通过探头前端的双子连接器进入探头，高频信号通过输入阻抗匹配电路中各自的缝隙电容耦合到后级的衰减系数切换电路的程控衰减器中，然后进入模式转换开关电路，通过开关选择通路进入后级的差分放大电路进行放大；放大后的信号通过低通滤波器后经带偏置线的射频同轴电缆，由探头头部前端的BMA连接器接入到示波器输入端。本发明实现不同的衰减系数的有源低压差分探头整体设计成本大大降低，是一种值得推广的电路设计。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种数字示波器有源低压差分探头。

背景技术

有源探头的前端有一个高带宽的放大器，放大器是需要供电的，放大器的输入阻抗都是比较高的，所以有源探头可以提供比较高的输入阻抗；同时放大器的输出驱动能力又很强，所以可以直接驱动后面50欧姆的负载和传输线。由于50欧姆的传输线可以提供很高的传输带宽，再加上放大器本身带宽较高，所以整个探头系统相比无源探头就可以提供更高带宽。

但是有源探头的缺点在于，除了价格因素外，另外一个原因在于其有限的动态范围。高带宽放大器的输入电压范围是不可能很大的，所以有源探头不可能像无源探头有那么大的测量范围。常用的无源探头的动态范围普遍在几百伏，而有源探头的典型动态范围都在几伏左右，所以应用场合会有一些限制。

有源探头里一个重要的分支是有源差分探头，区别在于其前端的放大器是差分放大器，输入端可以输入两路大小相等，相位相差180°的差分信号。差分放大器的好处是可以直接测试高速的差分信号，同时其共模抑制比高，对共模噪声的抑制能力比较好。

差分探头电路最重要的设计就是对称拓扑结构，即两路差分通路完全相同且呈轴对称分布。

目前，有源差分探头中差分放大器芯片集成度高，设计难度大，所涉及的关键技术多，如将程控衰减技术、模式转换技术集成到芯片内部。这种芯片内部具有输入失配调整电路、直流巴伦电路、预放大电路、程控数控衰减器、差动放大电路及模式转换电路等，因此价格也极其昂贵，随着频率的升高，这种差分芯片价格更是极其昂贵，因此，大大限制了有源差分探头的应用。

发明内容

为解决现有的有源差分探头价格昂贵的问题，本发明提出了一种数字示波器有源低压差分探头，利用商用的差分放大器器件，外加程控衰减电路、阻抗匹配电路及开关切换电路，大大降低了有源差分探头的成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种数字示波器有源低压差分探头，两路差分射频信号通过探头前端的双子连接器进入探头，高频信号通过输入阻抗匹配电路中1各自的缝隙电容耦合到后级的衰减系数切换电路2的程控衰减器中，然后进入模式转换开关电路3，通过开关选择通路进入后级的差分放大电路4进行放大，模式转换开关电路3和差分放大电路4的组合电路进行单端和差分模式的转换；放大后的信号通过低通滤波器后经带偏置线的射频同轴电缆7，由BMA连接器接入到示波器输入端。

所述程控衰减器不同衰减值的组合由信号处理板5中的逻辑电平进行控制，实现不同的衰减系数的控制。

可选地，衰减模式切换调节源于信号处理板5中微控制器MCU和EEPROM存储器件的逻辑控制，通过探头开关面板上按键开关的按压操作给微控制器MCU一个低电平信号，微控制器MCU再通过内部程序并由相应的数据端口输出TTL高低电平来实现对程控衰减器的控制，从而实现两种衰减系数的切换选择。

可选地，所述差分放大电路的校零偏移电压调节通过两路数字电位计作为电压跟随器的同相输入端，两路电压跟随器输出端再由数字电位计合为一路作为后端电压跟随器的同相输入端，最后通过运放反相比例放大器完成对所述差分放大电路的校零偏移调节。