CN114624490B - 光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，驱动模块驱动变压器中的主级线圈使变压器中的次级线圈能为第一电压输出模块和第二电压输出模块供电。由于光电转换器的输出直流工作点与其内部的跨导放大器的供电电压相关，所以电压调节模块调节为跨导放大器供电的第一电压输出模块的接地端的电压和第二电压输出模块的接地端的电压，进而使得第一电压输出模块的输出电压和第二电压输出模块的输出电压发生改变，使得光电转换器的输出直流工作点等于采样保持器的输入直流工作点，此时二者可以直流耦合，光电转换器输出的电信号中的直流信息能够完整的传输给采样保持器，保证了光采样示波器的正常工作。

Description

光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置

技术领域

本发明涉及电路领域，特别是涉及一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置。

背景技术

目前常用的光采样示波器一般由光电转换器及采样保持器构成，光电转换器用于将光信号转换成电信号，采样保持器用于将光电转换器输出的电信号进行采样。由于光电转换器的直流工作点和采样保持器的直流工作点不同，所以两者通常以交流耦合的形式连接，但是交流耦合会导致光电转换器输出的电信号中的直流信息的丢失，进而使得光采样示波器的工作受到影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，能够使光电转换器的输出直流工作点等于采样保持器的输入直流工作点，所以二者可以直接进行直流耦合，因此光电转换器输出的电信号中的直流信息能够完整的传输给采样保持器，保证了光采样示波器的正常工作。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，应用于光采样示波器，所述光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置包括驱动模块、变压器、第一电压输出模块、第二电压输出模块以及电压调节模块；

所述驱动模块的输出端与所述变压器的主级线圈连接，所述变压器中的第一次级线圈与所述第一电压输出模块的输入端连接，所述变压器中的第二次级线圈与所述第二电压输出模块的输入端连接；

所述第一电压输出模块的接地端与所述第二电压输出模块的接地端均与所述电压调节模块的输出端连接，所述电压调节模块的接地端接地，所述电压调节模块的输入端为所述光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的控制端；

所述第一电压输出模块的输出端与所述光采样示波器中的光电转换器中的跨导放大器的第一供电端连接，所述第二电压输出模块的输出端与所述跨导放大器的第二供电端连接；

所述驱动模块用于驱动所述主级线圈；

所述电压调节模块用于控制所述第一电压输出模块的接地端的电压和所述第二电压输出模块的接地端的电压以使所述光电转换器的输出直流工作点等于所述光采样示波器中的采样保持器的输入直流工作点。

优选的，所述第一电压输出模块与所述第二电压输出模块均包括：

整流滤波模块，用于将次级线圈的输出电压进行整流和滤波；

调压模块，用于将所述整流滤波模块输出的电压调节至所述跨导放大器中与电压输出模块对应的供电端的电压；

所述整流滤波模块的输入端为所述电压输出模块的输入端，所述调压模块的输出端为所述电压输出模块的输出端。

优选的，所述整流滤波模块包括第一二极管和第一电容；

所述第一二极管的一端与所述次级线圈的一端连接，所述第一电容的第一端与所述次级线圈的另一端连接，所述第一二极管的另一端与所述第一电容的第二端连接且连接的公共端为所述整流滤波模块的输出端。

优选的，所述调压模块为LDO芯片。

优选的，所述电压调节模块为数模转换器。

优选的，所述驱动模块包括电源、第二二极管、第一电阻、MOS管驱动器及PMOS；

所述电源的负极接地，所述电源的正极与所述变压器的主级线圈的第一端连接且连接的公共端与所述第二二极管的负极连接，所述变压器的主级线圈的第二端与所述PMOS的源极连接且连接的公共端与所述第二二极管的正极连接；

所述PMOS的栅极与所述PMOS的漏极均与所述MOS管驱动器连接，所述第一电阻的一端与所述PMOS的漏极连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述MOS管驱动器用于控制所述MOS管断开和闭合以使所述驱动模块输出交流信号。

优选的，所述驱动模块还包括第二电容、第三电容和第二电阻；

所述第二电容并联于所述电源两端；

所述第三电容与所述第二电阻并联且并联后的电路的一端与所述主级线圈的第一端连接，并联后的电路的另一端与所述第二二极管的负极连接。

优选的，所述MOS管驱动器为LT3758芯片。

优选的，还包括第三电压输出模块，所述变压器还包括与所述第三电压输出模块的输入端连接的第三次级线圈；

所述第三电压输出模块用于为所述光电转换器中的稳压二极管供电。

优选的，还包括光电转换器以及输入端与所述光电转换器的输出端连接的采样保持器，以便所述光采样示波器对所述光电转换器的输入端输入的光信号进行采样与监测。

本发明提供了一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，驱动模块驱动变压器中的主级线圈使得变压器中的次级线圈能为第一电压输出模块和第二电压输出模块供电。由于光电转换器的输出直流工作点与其内部的跨导放大器的供电电压相关，所以电压调节模块调节为跨导放大器供电的第一电压输出模块的接地端的电压和第二电压输出模块的接地端的电压，进而使得第一电压输出模块的输出电压和第二电压输出模块的输出电压发生改变最终使得光电转换器的输出直流工作点等于采样保持器的输入直流工作点使得二者可以直接进行直流耦合，所以光电转换器输出的电信号中的直流信息能够完整的传输给采样保持器，保证了光采样示波器的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中光电转换器的电路图；

图2为现有技术中采样保持器的部分电路图；

图3为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的结构图；

图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，能够使光电转换器的输出直流工作点等于采样保持器的输入直流工作点，所以二者可以直接进行直流耦合，因此光电转换器输出的电信号中的直流信息能够完整的传输给采样保持器，保证了光采样示波器的正常工作。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图3，图3为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的结构图，该光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置应用于光采样示波器，该光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置包括驱动模块1、变压器2、第一电压输出模块3、第二电压输出模块4以及电压调节模块5；

驱动模块1的输出端与变压器2的主级线圈连接，变压器2中的第一次级线圈与第一电压输出模块3的输入端连接，变压器2中的第二次级线圈与第二电压输出模块4的输入端连接；

第一电压输出模块3的接地端与第二电压输出模块4的接地端均与电压调节模块5的输出端连接，电压调节模块5的接地端接地，电压调节模块5的输入端为光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的控制端；

第一电压输出模块3的输出端与光采样示波器中的光电转换器中的跨导放大器的第一供电端连接，第二电压输出模块4的输出端与跨导放大器的第二供电端连接；

驱动模块1用于驱动主级线圈；

电压调节模块5用于控制第一电压输出模块3的接地端的电压和第二电压输出模块4的接地端的电压以使光电转换器的输出直流工作点等于光采样示波器中的采样保持器的输入直流工作点。

请参照图1，图1为现有技术中光电转换器的电路图，光电转换器一般有三个供电端，其中Vpd用于对光电转换器中的稳压二极管进行偏压控制，VCC和VEE用于为光电转换器中的后级跨导放大器供电。光电转换器的直流工作点Vocom＝(VCC+VEE)/2，通常VCC为正电压，VEE为负电压，并且VCC的绝对值大于VEE的绝对值，因此光电转换器的输出直流工作点Vocom为正。

请参照图2，图2为现有技术中采样保持器的部分电路图，采样保持器的输入结构为典型的ECL(Emitter Coupled Logic，发射极耦合逻辑)电路，其供电电压VEE一般在-5V左右，因此采样保持器的输入直流工作点的Vicom为负。

由于光电转换器的输出直流工作点与采样保持器的输入直流工作点不同，所以二者不能直接直流耦合，进而影响了光采样示波器的工作性能。基于光电转换器的直流点与其内部跨导放大器的供电电压相关的原理，本申请通过调整光电转换器中的跨导放大器的供电电压，将光电转换器的输出直流工作点调整为采样保持器的输入直流工作点以实现二者的直流耦合。

具体的，请参照图3，图3为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的结构图，VCC为第一电压输出模块3的输出电压，VEE为第二电压输出模块4的输出电压。本申请包括驱动模块1、变压器2、第一电压输出模块3、第二电压输出模块4以及电压调节模块5。首先通过驱动模块1驱动变压器2中的主级线圈以使变压器2的两个次级线圈生成交流电。第一电压输出模块3的输入端与第一次级线圈连接，第二电压输出模块4的输入端与第二次级线圈连接，次级线圈生成的交流电经过电压输出模块转换成光电转换器中跨导放大器的供电端所需的电压。第一电压输出模块3的接地端和第二电压输出模块4的接地端均与电压调节模块5的输出端连接，因此当电压调节模块5的输出电压改变时，第一电压输出模块3的输出端的电压和第二电压输出模块4的输出端的电压也会改变，通过将电压调节模块5的输出电压调整至某个数值使得第一电压输出模块3的输出端的电压与第二电压输出端的电压的和的1/2等于采样保持器的直流工作点，从而使光电转换器和采样保持器可以直流耦合。

例如，采样保持器的输入直流工作点为-2V，第一电压输出模块3的输出端的电压与第一电压输出模块3的接地端的电压之间的压差为-3V，第二电压输出模块4的输出端的电压与第一电压输出模块3的输出端的电压之间的压差为6V。如果第一电压输出模块3的接地端和第二电压输出模块4的接地端均直接接地，那么第一电压输出模块3的输出端的电压为-3V，第二电压输出模块4的输出端的电压为3V，此时光电转换器的输出直流工作点为0V，显然与采样保持器的输入直流工作点不同，因此光电转换器与采样保持器不能直流耦合。在本申请中第一电压输出模块3的接地端和第二电压输出模块4的接地端均与电压调节模块5的输出端连接，如果将电压调节模块5的输出电压调整至-2V，那么第一电压输出模块3的输出端的电压为-5V，第二电压输出模块4的输出端的电压为1V，此时光电转换器的输出直流工作点为-2V即为采样保持器的输入直流工作点，二者可以直流耦合。

此外，第一次级线圈与主级线圈的匝数比和第二次级线圈与主级线圈之间的匝数比根据实际情况进行设置，本申请对此不作特别限定。

综上，本发明能够使光电转换器的输出直流工作点等于采样保持器的输入直流工作点，所以二者可以直接进行直流耦合，因此光电转换器输出的电信号中的直流信息能够完整的传输给采样保持器，保证了光采样示波器的正常工作。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，第一电压输出模块3与第二电压输出模块4均包括：

整流滤波模块31，用于将次级线圈的输出电压进行整流和滤波；

调压模块32，用于将整流滤波模块31输出的电压调节至跨导放大器中与电压输出模块对应的供电端的电压；

整流滤波模块31的输入端为电压输出模块的输入端，调压模块32的输出端为电压输出模块的输出端。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，VCC为第一电压输出模块3的输出电压，VEE为第二电压输出模块4的输出电压。在本实施例中，第一电压输出模块3和第二电压输出模块4这两个电压输出模块均包括整流滤波模块31和调压模块32。由于变压器2的各个次级线圈输出的是交流电不能直接为光电转换器中的跨导放大器供电，因此需要设置整流滤波模块31将交流电转化为直流电，为了使直流电更加稳定还增加了滤波功能。此外，考虑到整流滤波模块31输出的直流电可能不符合跨导放大器的供电需求，因此设置了调压模块32将整流滤波模块31输出的电压调节至与电压输出模块对应的跨导放大器中的供电端的电压。

综上，在本实施例中，电压输出模块包括整流滤波模块31和调压模块32，进一步满足了光电转换器中的跨导放大器的供电需求，使得光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的工作性能更加稳定，保证光电转换器可以与采样保持器直流耦合。

作为一种优选的实施例，整流滤波模块31包括第一二极管和第一电容；

第一二极管的一端与次级线圈的一端连接，第一电容的第一端与次级线圈的另一端连接，第一二极管的另一端与第一电容的第二端连接且连接的公共端为整流滤波模块31的输出端。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，在本实施例中，整流滤波模块31包括第一二极管和第一电容，实现将次级线圈输出的交流电进行整流和滤波的目的。此外，整流滤波模块31的输出电压的正负与次级线圈和主级线圈的同名端相关，可以通过调整第一二极管的一端与次级线圈的同名端连接或异名端连接等调整整流滤波模块31的输出电压的正负，本申请对此不作特别限定。

作为一种优选的实施例，调压模块32为LDO芯片。

在本实施例中，调压模块32为LDO(Low Dropout regulator，低压差线性稳压器)芯片，LDO芯片具有很好的降压稳压效果，即使输入电压变化很大，LDO芯片的输出电压也可以基本保持稳定，此外LDO芯片还具有一定的隔离和滤波作用，能够更好的保证光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的工作性能。

作为一种优选的实施例，电压调节模块5为数模转换器。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，IN为数模转换器的输入，在本实施例中，电压调节模块5为数模转换器，在数模转换器的输入端输入目标值，数模转换器能输出目标值对应的目标电压以调整第一电压输出模块3的接地端的电压和第二电压输出模块4的接地端的电压，使光电转换器的输出直流工作点等于光采样示波器中的采样保持器的输入直流工作点，从而使得光电转换器和光采样示波器可以直流耦合。

作为一种优选的实施例，驱动模块1包括电源、第二二极管、第一电阻、MOS管驱动器及PMOS；

电源的负极接地，电源的正极与变压器2的主级线圈的第一端连接且连接的公共端与第二二极管的负极连接，变压器2的主级线圈的第二端与PMOS的源极连接且连接的公共端与第二二极管的正极连接；

PMOS的栅极与PMOS的漏极均与MOS管驱动器连接，第一电阻的一端与PMOS的漏极连接，第一电阻的另一端接地；

MOS管驱动器用于控制MOS管断开和闭合以使驱动模块1输出交流信号。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，在本实施例中，MOS管驱动器驱动MOS管快速断开和闭合以产生交流电，二极管在MOS管断开时起到续流的作用，电源、第二二极管、第一电阻、MOS管驱动器及PMOS共同为变压器2的主级线圈提供驱动，以便变压器2中的次级线圈能向第一电压输出模块3和第二电压输出模块4供电，保证光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的正常工作。

作为一种优选的实施例，驱动模块1还包括第二电容、第三电容和第二电阻；

第二电容并联于电源两端；

第三电容与第二电阻并联且并联后的电路的一端与主级线圈的第一端连接，并联后的电路的另一端与第二二极管的负极连接。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，在本实施例中，在驱动模块1中添加了第二电容，用于平缓电压突变，还添加了第三电容和第二电阻用于滤波，保证驱动模块1输出电压的稳定性，保证光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置能够更好的工作。

作为一种优选的实施例，MOS管驱动器为LT3758芯片。

在本实施例中，MOS管驱动器为LT3758芯片，LT3758芯片具有输入电压范围广、工作稳定并且体积小的优点，通过LT3758芯片实现升压、反激式或者负输出的DCDC转换，可以更好的实现对变压器2的主级线圈进行驱动的功能。

作为一种优选的实施例，还包括第三电压输出模块6，变压器2还包括与第三电压输出模块6的输入端连接的第三次级线圈；

第三电压输出模块6用于为光电转换器中的稳压二极管供电。

请参照图4，图4为本发明提供的一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的电路图，VPD为第三电压输出模块6的输出电压，在本实施例中，考虑到光电转换器通常都需要三个供电电压，设置了为光电转换器中的稳压二极管供电的第三电压输出模块6，变压器2也相适应的设置了第三次级线圈，第三次级线圈与第三电压输出模块6的输入端连接。变压器2中的主级线圈与第三次级线圈之间的匝数比本申请不作特别限定，可根据实际情况进行设置。

此外，第三电压输出模块6的接地端是否与电压调节模块5的输出端连接本申请不作特别限定。

在本实施例中，光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置在实现将光电转换器与采样保持器直流耦合的基础上还能够完全满足光电转换器的供电需求，不需要再额外使用其他电源，节省空间和成本。

作为一种优选的实施例，还包括光电转换器以及输入端与光电转换器的输出端连接的采样保持器，以便光采样示波器对光电转换器的输入端输入的光信号进行采样与监测。

在本实施例中，光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置还包括光电转换器与采样保持器，光电转换器与采样保持器通过光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置进行直流耦合连接然后共同实现对光信号的采样与监测，尤其是可以实现对高带宽的光信号的采样与监测。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，应用于光采样示波器，所述光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置包括驱动模块、变压器、第一电压输出模块、第二电压输出模块以及电压调节模块；

所述驱动模块的输出端与所述变压器的主级线圈连接，所述变压器中的第一次级线圈与所述第一电压输出模块的输入端连接，所述变压器中的第二次级线圈与所述第二电压输出模块的输入端连接；

所述第一电压输出模块的接地端与所述第二电压输出模块的接地端均与所述电压调节模块的输出端连接，所述电压调节模块的接地端接地，所述电压调节模块的输入端为所述光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置的控制端；

所述第一电压输出模块的输出端与所述光采样示波器中的光电转换器中的跨导放大器的第一供电端连接，所述第二电压输出模块的输出端与所述跨导放大器的第二供电端连接；

所述驱动模块用于驱动所述主级线圈；

所述电压调节模块用于控制所述第一电压输出模块的接地端的电压和所述第二电压输出模块的接地端的电压以使所述光电转换器的输出直流工作点等于所述光采样示波器中的采样保持器的输入直流工作点。

2.如权利要求1所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述第一电压输出模块与所述第二电压输出模块均包括：

整流滤波模块，用于将次级线圈的输出电压进行整流和滤波；

调压模块，用于将所述整流滤波模块输出的电压调节至所述跨导放大器中与电压输出模块对应的供电端的电压；

所述整流滤波模块的输入端为所述电压输出模块的输入端，所述调压模块的输出端为所述电压输出模块的输出端。

3.如权利要求2所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述整流滤波模块包括第一二极管和第一电容；

所述第一二极管的一端与所述次级线圈的一端连接，所述第一电容的第一端与所述次级线圈的另一端连接，所述第一二极管的另一端与所述第一电容的第二端连接且连接的公共端为所述整流滤波模块的输出端。

4.如权利要求2所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述调压模块为LDO芯片。

5.如权利要求1所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述电压调节模块为数模转换器。

6.如权利要求1所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述驱动模块包括电源、第二二极管、第一电阻、MOS管驱动器及PMOS；

所述电源的负极接地，所述电源的正极与所述变压器的主级线圈的第一端连接且连接的公共端与所述第二二极管的负极连接，所述变压器的主级线圈的第二端与所述PMOS的源极连接且连接的公共端与所述第二二极管的正极连接；

所述PMOS的栅极与所述PMOS的漏极均与所述MOS管驱动器连接，所述第一电阻的一端与所述PMOS的漏极连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述MOS管驱动器用于控制所述PMOS 断开和闭合以使所述驱动模块输出交流信号。

7.如权利要求6所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述驱动模块还包括第二电容、第三电容和第二电阻；

所述第二电容并联于所述电源两端；

所述第三电容与所述第二电阻并联且并联后的电路的一端与所述主级线圈的第一端连接，并联后的电路的另一端与所述第二二极管的负极连接。

8.如权利要求6所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，所述MOS管驱动器为LT3758芯片。

9.如权利要求1至8任一项所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，还包括第三电压输出模块，所述变压器还包括与所述第三电压输出模块的输入端连接的第三次级线圈；

所述第三电压输出模块用于为所述光电转换器中的稳压二极管供电。

10.如权利要求9所述的光采样示波器的光电转换及采样保持直流耦合互联装置，其特征在于，还包括光电转换器以及输入端与所述光电转换器的输出端连接的采样保持器，以便所述光采样示波器对所述光电转换器的输入端输入的光信号进行采样与监测。

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