信号类型可以分为直流信号和交流信号，现实中的信号往往都是都不是理想波形。比如直流电源信号应该是一条水平的直流信号，但都会存在电源纹波（交流信号）；在采集交流信号时也可能混入直流信号对波形的峰峰值造成影响。为了保障对输入交流信号的准确测量，利用电容通交隔直的特性，将电容串联到电路中就可以过滤到信号中的直流分量，这就是交流耦合的概念。而直流耦合就是不对输入信号做任何处理。

举个例子：一个电压为1V的直流电平上叠加了一个1Vpp的正弦波信号，如果使用直流耦合模式，测试看到的是一个向上抬升1V的正弦波信号，但如果使用交流耦合模式，直流信号被滤除，则输出正弦波基准电压为0V。

（2）输入信号衰减电路

信号经过交直流耦合选择电路后由开关SW3选择两个通道，开关2和3接到一起时，输入信号直接流入后级的电压跟随器电路；

当输入信号幅值较小时，可优先选择低压档位，如果测量时不确定输入信号幅值可先用高压档位测量后如满足低压范围内，可用低压档位测量以得到更为精准的测量结果，同时保护电路。

（3）信号调理电路

在信号调理电路中包含了一个电压跟随器以及由运放构成的信号放大电路，在分析该这部分电路时需要掌握运放的虚断与虚短原理。

虚断：

理想运放的输入阻抗是无穷大，然而真实的运放输入阻抗却是有限的。如果给运放的输入端加一个电压，然后测量该输入端的电流会发现电流读数接近为0，感觉运放内部断开，没有电流流入一样，但实际又是连接的，这种现象称为虚断。

虚短：

在运放处于深度负反馈时会出现虚短现象，使两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接到了一起。

在负反馈中，运放的输出信号的一部分被取出并反馈到输入端。这种反馈作用使得运放的两个输入端（正输入和负输入）的电压差趋近于零，、两个输入端的电压几乎相等。因为尽管运放的两个输入端在电气上并没有被直接短路、，但由于负反馈的作用，两个输入端的电压却几乎相等，就好像它们被短路了一样，故称为虚短。

接下来我们用虚短和虚断的知识分析以下电路：

1）电压跟随器电路

2）比例放大电路

假设运放正向输入端接地，构成反相比例放大电路，由运放的虚断特性可知反向输入引脚流入运放的电流为0，可以R13和R15可以看做串联，所以流经电流相同。由虚短特性可知V+=V-=0

假设运放反向输入端接地，构成正相比例放大电路，由运放的虚断特性可知运算放大器两个输入引脚流过的电流为0，即流过R4的电流为0，Vin=V+。可以看做R13和R15串联，所以流过的电流也相同。由虚短特性可知两个输入引脚的电压相同，即V+=V-，所以有Vin=V+=V-。

得到以下结论：

低压档位测量范围：-1.6V~5V，高压档位测量范围：-80V~250V

（4）比较器测频电路

为了实现频率检测的功能，将ADC输入信号通过一个滞回比较器对输入信号进行比较，实现频率的测量功能。滞回比较器是属于电压比较器中的一种，常规的电压比较器是一个单限比较器，电路中只有一个阈值电压，但在输入电压在阈值附近有微小变化时都会引起输出电压的越变。为了增强电路的抗干扰能力，在单限比较器的基础上引入了正反馈，保障了在一定范围内信号的稳定性。通过滞回比较器电路后输出一个方波信号，使用单片机的定时器捕获功能计算出输入波形的周期大小。

滞回比较器电路的阈值电压需单独对运放输出结果进行分析，当输出为高电平时，输出端上拉到高电平，这时等效电路如下左图所示，算得Uth=U+=2.214V。当运放输出为低电平时，输出端接地，等效电路如下右图所示，算得Utl=U-=2.172V。

下图绿色线代表信号输入电压变化情况，从0电位上升，初始输出状态为高电平，输入电压达到2.214V时，输出信号变成低电平，直到输入信号低于下限阈值2.172V时输出变为高电平。可以根据比较器当前的输出状态来确定下一个变化电平的阈值，当输出为高电平时使用的是高阈值Uth，输出为低电平时使用低阈值Ttl。之所以将阈值设置接近是为了避免信号干扰造成的误识别。

注意事项：此处阈值比较器运放正向输入信号为固定电平，若使用带有DAC输出的单片机，可自由配置该点电位大小，从而改变阈值电压，实现对触发模式的设置。

1.1.2 电源控制电路

该项目使用GD32最小系统板为核心，板载了5V转3.3V降压电路，所以在设计扩展板时只需要设计一个5V电源输入电路即可，这里选用了主流的Type-C为输入接口，且该接口只有两根线，插件封装，方便新手焊接学习，但需要注意的是这个Type-C接口仅用于供电，不能传输数据，如果需要使用传输数据，可以使用核心板上的Type-C接口。SW1为电源总开关、C1为输入滤波电容，R1是LED1的限流电阻。

除了电源输入电路为，为保障运算放大器对于负电压的测量性能，使用了XD7660负压产生电路得到一个负电压，该芯片外围电路简单，只需要两个电容和一个二极管即可工作，理论上输入电压为+5V，也可以输出一个-5V的电压，由于芯片内部存在一定压降及转换效率，实际测量负电压为-4.3V左右，也能满足运算放大器的要求。