數(shù)字和取樣示波器的關(guān)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(shù)字存儲示波器的實時帶寬超過10GHz,取樣數(shù)字示波器的等效帶寬達(dá)到100GHz,在實驗室、車間、現(xiàn)場都有各種電子示波器為電信號測量提供數(shù)據(jù)。根據(jù)電子示波器的基本原理可分為模擬和數(shù)字兩大類。由于模擬示波器在電路結(jié)構(gòu)上比數(shù)字示波器復(fù)雜,帶寬1GHz以上的電子示波器全部是數(shù)字示波器就不難理解了。當(dāng)帶寬超過10GHz時,取樣數(shù)字示波器又具有電路結(jié)構(gòu)最簡單的優(yōu)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(shù)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(dāng)昂貴。針對特定應(yīng)用往往僅使用到某些頻率和功能,此時,根據(jù)被測對象構(gòu)建用戶定制的數(shù)字存儲或取樣示波器是可取的方法。本文提供有關(guān)的關(guān)鍵器件和電路都是近年的新產(chǎn)品。

　　圖1 取樣率2GS/S的ADC芯片的結(jié)構(gòu)框圖

　　圖2 雙管式半橋式取樣頭電路

　　數(shù)字存儲示波器的關(guān)鍵器件——輸入前端模/數(shù)轉(zhuǎn)變器,通常是測量儀器公司自行設(shè)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(fā)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(chǎn)品可供使用?，F(xiàn)在,電子應(yīng)用工程師可購買到高速高精度的ADC,構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)字存儲示波器、自動測試系統(tǒng)、直接射頻轉(zhuǎn)換器等高頻電路。Atmel供應(yīng)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(shù)7.8位,信噪比51dB,無雜波動態(tài)范圍-55dB,

　　·調(diào)節(jié)功能-ADC增益,取樣延遲,數(shù)據(jù)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(yè)級)

　　AT84AS004芯片的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,從圖1可見,輸入信號Vin經(jīng)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(diào)節(jié)SDA、圖形發(fā)生器有效位PGEB、復(fù)位脈沖DRRB作用下實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換過程。獲得的A/D數(shù)據(jù)輸出經(jīng)解多路復(fù)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(shù)字信號供存儲器、DSP等作數(shù)據(jù)處理使用。芯片的調(diào)節(jié)信號還有內(nèi)建自測試BIST,異步復(fù)位ASYNRST,增益調(diào)節(jié)GA,二進(jìn)制和灰度碼選擇B/GB,休眠狀態(tài)SLEEP等。