自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

Hantek 5000系列是Hantek在2010年左右推出的入门级示波器，最高采样率1GSa/s，带宽200M。 2010年EEVblog论坛负责人tinhead给出了该系列示波器的详细原理图（下载）。 图表的可读性非常好，是极好的学习资料。 本文简要分析这组示意图。 水平有限，难免有错误。 请不吝赐教。

总体规划

示波器采用FPGA方案。 采用4片AD9288（超频到125M）交错采样实现1G的采样率，数字部分采用Cyclone 3+CPLD+S3C2440，比较复杂。 从2023年的角度来看，这个方案的数字部分没有太多参考价值数字示波器使用方法，用ZYNQ来做会方便很多。 不过这个示波器的模拟前端很有意思，值得学习。

模拟部分偏置生成

这部分电路为模拟前端提供可控偏置信号，核心是LTC2601精密DAC，16bit。

为了节省成本，DAC通道多路复用是通过74HC4051模拟开关完成的。 74HC4051的通道选择信号由移位寄存器SN74HC595N控制。 这里用作IO扩展芯片，非常巧妙。

该电路的基准电压来自LT1790，4.096V。 参考分为两个通道，一个给LTC2601，另一个分压成2.5V送至follower，产生OFFSET4-TRG、OFFSET2-CH1、OFFSET2-CH2三个参考信号。

跟随电路围绕TLC274搭建，外接三极管扩流，最后驱动一个220uF的大电容。

图中R05_15和C05_17进行环路补偿，避免振荡。 这是驱动大容性负载的经典电路。 详见《新概念模拟电路》第4卷125节。 使用 220uF 的大容量电容器，该驱动器电路可以提供非常低的交流输出阻抗，用于偏置模拟前端中的 AD8370。 其余输出比较简单，都是运放跟随器+保持电容，其中OFFSET1-CH1和OFFSET1-CH2经过反相放大电路，输出为负。 左上角的电路用于调整SELFCAL信号的直流偏压，产生两个方波，SELF CAL SIGNAL CH2和SELF CAL SIGNAL CH1。

模数转换器

AD9288是经典的8bit并口ADC，很便宜，但是速度慢，只有100M。 AD9288一共使用了四个通道，每个芯片两个通道交叉采样，超频到125M，所以单芯片采样率为250M，一组两个芯片采样率为500M。 CH1信号可通过继电器分别送至两组ADC，实现1G采样率。 AD9288的模拟带宽高达370M，照着做是没有问题的。 不过四个AD的时钟直接来自FPGA，时钟抖动可能不是很好。

模拟前端

这是该电路中最好的部分。

总体来说最左边是输入级，输入阻抗1M，继电器控制衰减倍数。 中间是阻抗变换。 最右边是以AD8370和LMH6552为核心的可编程增益。

具体来说，左上角的RL01_2继电器控制衰减，闭合时提供额外的25倍衰减。 衰减电路中的可调电容用于匹配，保证衰减器的增益在带宽内是平坦的。 详见《高频大电压电阻分压网络频率特性研究》一文。 RL01_2继电器输出后，开始进入阻抗变换部分。 由于前级电路的阻抗高达1M，所以这部分电路的输入阻抗必须很高。 如果使用运放，则需要超高速FET输入运放，如OPA659，价格相对较高。 这里采用分立的JFET管与运算放大器配合使用。 这种电路通常称为双路阻抗变换电路，常见于老式仪器或超高速示波器中。 核心器件为Q_01_1和Q_01_2，分别构成源极跟随器和射极跟随器，实现阻抗变换功能。 两个 BC846 配置为恒流源提供偏置，大约 15mA。 这四只管组成的阻抗变换电路的高频性能很好，但为了不影响JFET的工作点，只能用330pF的电容交流耦合阻断。 为了弥补低频段，AD8510被用来拉一个反馈路径来提供低频信号路径。 AD8510 是一款 JFET 运算放大器。 虽然带宽只有8M，但足以满足低频通道的带宽需求。 此外，AD8510还承担了调整偏置的工作。 需要用OFFSET1-CH1将输入信号的参考电平偏置到2.5V，以输入后级AD8370。 有关此电路的更多详细信息，请参阅 Jim Williams 撰写的《模拟电路设计的艺术与科学》一书的第 7 章。 从书中这张图更容易理解这个电路的原理：

Jim Williams 先生是 Linear 的一位天才工程师，他对模拟电路有着纯粹的热爱，并撰写了相当多的技术文章。 不幸的是，大师于2011年去世。

低频路径上的 AQY280S 光耦合器用于控制 AC/DC 耦合。 信号经过阻抗变换电路后，通过R01_30连接到AD8370的输入端。

AD8370 是一款 750 MHz 数字控制可变增益全差分放大器，在低频下运行良好。 其增益可在 6 dB 至 34 dB 范围内调节。 这个东西在通讯设备的中频部分用的最多，出货量很大，所以虽然参数很高，但是很便宜。 图中AD8370采用单电源供电，直流耦合，1脚接2.5V。

AD8370输出电阻（差分100欧）和变容二极管、C01_20、C01_21组成低通滤波器，再接LMH6552全差分放大器，将共模电平调整到AD9288需要的1V。

这里变容二极管用于调整滤波器截止频率。 当变容二极管两侧的控制信号使其正向偏置时，串联两个150p电容与AD8370输出电阻（相差100欧姆）组成截止频率为20M的低通滤波器，也就是实现示波器的20M带宽。 功能受限。 变容二极管反向偏置时，变容二极管的结电容串联两个150p，结电容只有2pF~30pF。 根据电阻串联公式，三者的串联值以结电容为主。 此时形成的低通滤波器截止频率很高，相当于关闭了20M的带宽限制。 其实图中选用的变容二极管的电容太小，起不到任何作用。 换成普通的二极管是没有问题的，这是二极管作为射频开关的常见用法。 信号从LMH6552出来后，串联一个33欧的匹配电阻，直接送到ADC。

扳机

大多数现代示波器已经通过FPGA实现了纯数字触发，上面所示的纯模拟触发方案已经不再流行。 最左边是外部触发信号的缓冲电路，与模拟前端部分基本相同。 中间是LMH6574MA 4:1高速视频多路复用器，相当于一个四选一开关加一个输出运放，分别选择CH1 CH2 EXT和TG_AC50（50Hz市电，从供电） . REF OUT TRIGGER 信号是 AD9288 的参考电压。 它通过运算放大器馈入 LMH6574MA 的 FB。 好像是在LMH6574MA的输出端加了一个DC偏置，然后进入ADCMP562BRQ，一个输出电平为PECL规格的高速比较器。 比较器下方还有一颗LM1881N视频同步分离器，实现视频触发功能。

数字部分

前面说了数字示波器使用方法，这套图的数字部分没有太大的参考价值，就省略了。

电源

隔离开关电源降压+线性稳压器。 使用的线性稳压器仍然是旧的78xx和79xx系列。 这些型号的PSRR都不好，噪声表现也一般，但对于8bit的示波器来说可能够用了。

总结

可以看出，这个示波器方案做了很多成本优化。 如果不考虑成本，用现有设备实现相同性能要简单得多。 比如Aleksa Bjelogrlic开源的ThunderScope，采用HMCAD1511+Kintex 7 FPGA进行采样，模拟前端为BUF802进行阻抗变换+LMH6518程控放大，非常简单。