Hantek 5000系列是Hantek（汉泰）2010年左右推出的入门型号示波器，最高采样率1GSa/s，带宽200M。2010年的时候，EEVblog论坛的大佬tinhead给出了该系列示波器的详细原理图（下载），图的可读性非常不错，是极好的学习材料。本文对这套原理图进行简要分析。水平有限，难免有错误，还请大佬们不吝赐教。

总体方案

示波器采用FPGA方案。使用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，搞的相当复杂。从2023年的视角来看，这套方案的数字部分已经没有太大参考价值了，用ZYNQ来做会方便的多。不过这个示波器的模拟前端做的非常有意思，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的偏置信号，核心是LTC2601精密DAC，16bit。

为了节省成本，通过74HC4051模拟开关来做DAC通道复用。74HC4051的通道选择信号由SN74HC595N控制，这是一个移位寄存器，在这里当IO扩展芯片使用，非常巧妙。
电路的参考电压来自LT1790，4.096V，参考分两路，一路给到LTC2601，另一路分压到2.5V送到跟随器生成OFFSET4-TRG、OFFSET2-CH1、OFFSET2-CH2三路参考信号。
跟随器电路围绕TLC274搭建，外挂三极管扩流，最后驱动220uF的大电容。

图中R05_15和C05_17进行环路补偿，避免震荡，这是驱动大容性负载的经典电路，细节可见《新概念模拟电路》第四册section-125。借助220uF的大电容，这个驱动电路可以提供非常低的交流输出阻抗，用于模拟前端中AD8370的偏置。剩下的几路输出比较简单，均为运放跟随+保持电容，其中OFFSET1-CH1和OFFSET1-CH2通过反相放大电路，输出为负值。左上角的电路用于调节SELFCAL信号的直流偏置，产生SELF CAL SIGNAL CH2和SELF CAL SIGNAL CH1两个方波。

ADC

AD9288是经典的8bit并口ADC，很便宜，不过速度慢，只有100M。共使用四路AD9288，每片两个通道交叉采样，并超频到125M，因此单片就是250M的采样率，两片一组，每组500M采样率。通过继电器可将CH1信号分别送到两组ADC，实现1G采样率。AD9288的模拟带宽高达370M，因此这样做是没问题的。不过四片AD的时钟均直接来自FPGA，时钟抖动恐怕不会太好。

模拟前端

这是本电路最精彩的部分。

整体看，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。最右侧是以AD8370和LMH6552为核心的程控增益。
具体来看，左上角RL01_2继电器控制衰减，闭合时提供额外25倍衰减，衰减电路中的可调电容用于匹配，保证衰减器在带宽内增益是平坦的，细节可见文章《高频大电压阻容分压网络的频率特性研究》。RL01_2继电器输出后开始进入阻抗变换部分。由于前级电路阻抗高达1M，故这部分电路的输入阻抗必须非常高，如果用运放，需要超高速的FET输入型运放才行，比如OPA659，成本比较高。这里使用分立JFET管配合运放实现。此类电路通常称双路径阻抗变换电路，常见于老式仪器或超高速示波器。核心器件是Q_01_1和Q_01_2，分别构成源级跟随器和射级跟随器，实现阻抗变换功能。两只BC846配置为恒流源提供偏置，约15mA。这四个管子构成的阻抗变换电路高频性能非常好，但为了不影响JFET的工作点，只能交流耦合，用330pF电容隔直。为了补上低频段，另用AD8510拉了一路反馈提供低频信号路径。AD8510是JFET运算放大器，虽然带宽只有8M，但足以满足低频路径的带宽需求。此外，AD8510还承担调偏置的工作，要借助OFFSET1-CH1将输入信号的参考电平上偏到2.5V，以便输入后级的AD8370。关于此电路更多细节可参考Jim Williams所写的《The Art and Science of Analog Circuit Design》一书的第七章，从书中这张图更容易理解这个电路的原理：

Jim Williams先生是Linear公司的一位天才工程师，对模拟电路有着纯粹的热爱，撰写了相当多的技术文章。可惜的是，大师已经于2011年去世。
低频路径上的AQY280S光耦用于控制交流/直流耦合。从阻抗变换电路出来后，信号经过R01_30接入到AD8370的输入端。

AD8370是一个750 MHz的数控可变增益全差分放大器，低频段也可正常工作。它的增益可从6 dB to 34 dB调节。这东西最是用在通信设备的中频部分的，出货量很大，所以虽然参数很顶，但却很便宜。图中的AD8370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构成低通滤波器，然后接入LMH6552全差分放大器，将共模电平调到AD9288所需的1V。
此处变容二极管用来调整滤波器截止频率。当调变容二极管两侧控制信号使其正偏导通时，两个150p电容串联，正好和AD8370输出电阻（差分100欧）构成截止频率20M的低通滤波器，也就是实现示波器的20M带宽限制功能。当变容二极管反偏，则变容二极管的结电容和两个150p串联，结电容只有2pF~30pF，按电阻串联公式，三者串联值由结电容主导，这时候构成的低通滤波器的截止频率非常高，相当于关闭20M带宽限制。实际上，图中选的变容二极管电容太小了，没起到什么作用，用个普通二极管替换掉没有任何问题，就是常见的二极管做射频开关的用法。信号从LMH6552出来后，串了个33欧匹配电阻直接送到ADC。

触发

现代示波器大多已经是通过FPGA实现纯数字触发了，上图这种纯模拟触发方案已不大流行。最左侧是外部触发信号的缓冲电路，和模拟前端部分思路基本一样。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，来自电源）。REF OUT TRIGGER信号是AD9288参考电压，通过运放馈入LMH6574MA的FB，看起来是给LMH6574MA的输出加了个直流偏置，随后进入ADCMP562BRQ，一个高速比较器，其输出电平是PECL规范。比较器底下还有一个LM1881N视频同步分离器来实现视频触发功能。

数字部分

如前所述，这套方案的数字部分已经没有太大参考价值了，略。

电源

隔离开关电源降压+线性稳压器。用的线性稳压器还是老旧的78xx和79xx系列，这些型号的PSRR不佳，噪声性也能一般，不过对8bit示波器来说也许也够用了。

总结

看得出来，这个示波器方案是做了很多成本优化的。如不考虑成本，用现在的器件来实现相同的性能要简单不少，比如Aleksa Bjelogrlic开源的ThunderScope，使用HMCAD1511+Kintex 7 FPGA做采样，模拟前端是BUF802做阻抗变换+LMH6518程控放大，十分简洁。

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