数字存储示波器通道隔离系统的设计

摘要

在如今的测量领域，浮地测量的应用非常广泛，如检测不间断电源、诊断马达驱动器、工控设备和电力系统，甚至放大器等模拟电路。传统的数字存储示波器在测量信号时，由于通道与通道间的接地端在示波器内部是相连的，在测量不共地信号时会发生短路的危险，甚至在大功率电器中发生火灾，不仅会烧坏仪器设备，而且会使得人身安全得不到保障。
　　本文提出了一种数字存储示波器的通道隔离系统，分别从示波器模拟通道的信号隔离、控制隔离以及电源隔离上做硬件设计，使得示波器通道之间，通道与采集系统主板之间相互隔离，即实现浮地测量，这样在测量没有公共点位的信号时就不会发生短路等危险。
　　在研究设计过程中，模拟信号的隔离传输是整个通道隔离系统的重点设计部分，本文通过应用光耦、隔离变压器等器件搭建隔离电路，在数字存储示波器的模拟通道后端做信号隔离；同时，主板也通过数字隔离电路对模拟通道的各个模块进行隔离控制；在通道供电上，本文设计了隔离电源模块。信号隔离模块、控制隔离模块与隔离电源模块共同构成示波器通道隔离系统。本文设计的信号隔离模块的带宽从DC~100MHZ以上，达到了设计要求指标。
　　除了整个隔离系统的设计之外，本文还为数字存储示波器的人机交互接口做了USB隔离模块的硬件设计，既能保证示波器与PC机之间的传输速率，又能够保证两者之间的信号隔离。

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第一章 绪论

1.1 数字存储示波器概述

1.2 浮地测量的国内外现状研究

1.3课题研究内容

第二章 数字存储示波器通道隔离系统的总体设计

2.1 通道隔离系统的总体设计

2.2 数字存储示波器的模拟通道

2.3 模拟通道的信号隔离

2.4 模拟通道的隔离控制

2.5 人机交互接口的隔离通信

2.6 隔离电源

第三章 模拟通道信号隔离模块的硬件设计

3.1 通道隔离电路的总体设计

3.2 低频隔离通路的硬件设计

3.3 高频隔离通路的硬件设计

3.4 叠加电路的硬件设计

3.5 信号幅频特性的研究

第四章 通道隔离控制模块与USB隔离通信模块的设计

4.1 隔离控制模块设计

4.2 USB隔离通信在数字存储示波器中的应用

第五章 隔离电源模块设计及信号完整性分析

5.1 隔离电源模块设计

5.2 信号完整性分析

第六章 系统调试与测试分析

6.1 模拟信号隔离的调试

6.2 USB数字隔离模块的调试

6.3 调试过程遇到的问题及解决方法

结论与展望

致谢

参考文献

个人简历及研究成果