Development and investigation of input amplifier for the osciloscope
Abstract
Digital oscilloscope’s structure has analog signal acquisition circuit, which transforms signal’s amplitude to fit ADC dynamic range. This circuit is commonly called oscilloscope’s vertical or front-end amplifier. Difficulty in designing front-end amplifiers in GHz range largely affects higher frequency range oscilloscope’s price. This work is focused on designing a front-end amplifier using discrete and openly sold components. We propose a design for attenuator, buffer, variable gain circuits. Amplifier’s prototype is designed. Main characteristics of the amplifier were measured. Measured bandwidth is 3 GHz. Amplifier’s gain and attenuation can support vertical scale sensitivity range from 10 mV/div to 1 V/div. Step response distortion is under 10 %. SMD and PTH relay model attenuators were evaluated. In this paper we review oscilloscope’s front-end purpose and structure. We review amplifiers design and provide the results of experimental measurements.
Article in Lithuanian.
Oscilografo įėjimo stiprintuvo kūrimas ir tyrimas
Santrauka
Skaitmeninis oscilografas turi analoginę dalį, kuri matuojamą signalą priderina prie naudojamo analoginio skaitmeninio keitiklio (ASK) dinamikos. Ši dalis vadinama oscilografo vertikaliuoju traktu arba įėjimo stiprintuvu. Dėl projektavimo įėjimo stiprintuvo, esant GHz dažniams, sudėtingumo šių dažnių skaitmeninių oscilografų kaina yra didelė. Straipsnyje analizuojamas ir projektuojamas stiprintuvas iš diskrečiųjų, rinkoje pasiekiamų komponentų. Suprojektuota ateniuatoriaus grandinė, impedanso transformavimo (buferinė) grandinė, valdomo stiprinimo grandinė. Sukurtas stiprintuvo prototipas. Ištirti pagrindiniai prototipo parametrai. Sukurto stiprintuvo praleidžiamų dažnių juosta siekia 3 GHz. Stiprintuvo stiprinimo koeficientas užtikrina 10 mV/pad – 1 V/pad vertikaliosios skalės jautrumo diapazoną. Pereinamosios charakteristikos iškraipymai neviršija 10 %. Darbe palyginti PTH (angl. plated through hole – kiaurymės montažo būdo) ir SMD (angl. surface mount device – paviršinio montažo būdo) relių ateniuatorių modeliai. Straipsnyje apžvelgiama oscilografo įėjimo stiprintuvo paskirtis ir struktūra. Apžvelgiama stiprintuvo projektavimo eiga, pateikiami atliktų matavimų rezultatai ir galutinės išvados.
Reikšminiai žodžiai: ateniuatorius, įėjimo stiprintuvas, GHz, oscilografas, aukštadažniai signalai, vertikalusis traktas.
Keyword : attenuator, amplifier, front-end, GHz, oscilloscope, radio frequency
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
References
Duyu, Q., Shulin, T., & Huiqing, P. (2011). Design and realization of compensation for one type of broadband acquisition channel. In IEEE 2011 10th International Conference on Electronic Measurement & Instruments (pp. 212–216), Chengdu, China. https://doi.org/10.1109/ICEMI.2011.6037890
Jiang, Z., & Liu, W. (2017). Design of a front-end analog channel with 80MHz bandwidth in digital oscilloscope. Paper presented at the 2017 First International Conference on Electronics Instrumentation & Information Systems (EIIS), Harbin, China. https://doi.org/10.1109/EIIS.2017.8298678
Li, X., Linbo, R., & Hongguang, Q. (2011). Oscilloscope Vertical input path protector based-on integrated operational amplifier. In IEEE 2011 10th International Conference on Electronic Measurement & Instruments (pp. 267–271), Chengdu, China. https://doi.org/10.1109/ICEMI.2011.6037903
Naboicheck, S., & Ems, S. (1993). 5 GHz sampling oscilloscope front-end based on heterojunction bipolar transistor (HBT). In 15th Annual GaAs IC Symposium (pp. 155–158), San Jose, CA, USA. https://doi.org/10.1109/GAAS.1993.394480
Technavio. (2017). Global oscilloscope market 2017–2021. https:// www.technavio.com/report/global-semiconductor-equipment-global-oscilloscope-market-20172021?utm_source=T4&utm_campaign=Media&utm_medium=BW