随着电子行业不停的发展,越来越多的场合要求同时测量功率与瞬态信号,传统的示波器与功率分析仪只能满足单一的功能需求,示波功率分析仪应运而生。日本横河生产的示波功率分析仪具有20MHz带宽,然而基本精度最高仅为0.1%,达不到现在测量对于高精度的需求,本文设计的示波功率分析采集模块,最高精度0.03%(0.02%量程+0.01%读数),为示波功率分析仪带来高精度测量的新风格。本文主要研究内容围绕宽带高精度两个关键指标分为以下三个部分。1.采集电路设计。针对宽带与高精度的指标要求,设计了满足指标的大电压与大电流采集电路。其中电压采集电路的关键为大电压、宽带、高精度三个需求,针对大电压大带宽与高精度,对比不同电阻分压方式,选择并设计了阻容分压采样电路,通过分析发现此方法难点集中在电容精度差与电路板寄生参数影响巨大两点。通过设计阻容匹配方式解决电容器误差大的问题,通过对PCB内层铺铜与走线的优化设计解决分布电容对于分压网络的影响。电流采样与电阻采样面临类似问题的同时,还面临大功率发热的问题。对比四种不同电流采样方式后,选用电阻串联采样方式;选择满足精度与耗散需求的采样电阻;针对高侧采样共模抑制问题,设计高共模抑制的差动电路;针对散热问题,对PCB铺铜与走线进行详细分析与设计。2.通道调理电路设计。带宽与高精度往往是矛盾的两个参数,本设计在满足带宽的条件下,设计低噪高精度的增益电路;针对系统的精度需求,对ADC需求进行分析,选择满足指标的ADC并设计了保证ADC正常工作的低延迟驱动电路。最后针对系统带宽与高精度指标,对采样模块噪声的组成与来源进行了分析,根据对运放噪声组成的分析,采用低电压噪声运放并使用尽可能小的反馈电阻来降低单个运放电路的噪声,根据对模块整体噪声叠加与传递的分析,采用将低噪声器件放在模块前端并设置大增益的方式来降低模块整体噪声水平,最后通过仿真与计算表明采样模块的等效输入噪声仅有25.06μV,采样模块的输入噪声完全满足系统的高精度指标。3.通用电路设计。采集模块中存在许多与采集模块精度关系不大,但是与采集模块的功能实现和正常运行紧密相关的电路。设计了保护电路,保证采集模块在小量程档位输入大电压大电流时,仪器不受损害仍能正常工作。针对电压与电流采样电路的异同,二者保护电路设计也各有针对性;设计了滤波器电路,满足仪器实际测量中的滤波需求;设计了频率测量电路,实现系统的宽带内的频率测量功能;针对系统2000V电压高隔离度的需求,设计了信号隔离与电源隔离电路;分析采样模块对于电源功率和电源噪声的要求,设计了在满足模块供电需求的同时,满足模块低噪声需求的供电系统。最终使用示波功率分析仪进行实际测试,验证结果表明,电压采集与电流采集模块均达到预期指标。