项目要求：
设计一个简易多功能仪器信号调理系统。多功能仪器支持双路波形输入，频率最高1MHz,信号幅度范围5mV-50V；支持双路任意波形输出，频率最高也是1MHz,信号输出幅度达到10V峰峰值。电源部分要求使用USB2.0端口供电，使用ADI 、Maxim、LTC公司的芯片搭建电源电路，以及模拟输入输出调理电路。
需求分析：
题目中提示可以使用stm32g4单片机，做实物的话可以采用stm32g431芯片，因为在某宝搜索发现该芯片最便宜。
电源：
电源部分使用USB2.0接口供电，USB2.0的输出电压为5V，输出电流500mA-1.5A电流，此处以500mA计算。
从stm32g4数据手册可知，单片机供电电压为1.7-3.6V，总电流最大值为150mA。电压电流均在USB接口电源供电范围内，因此数字部分供电可直接使用usb2.0来供电，这里可以采用线性稳压器或DC-DC。
因系统信号输入调理电路涉及到5mV交流小信号放大，考虑使用正负电源给运放供电。题目要求信号输出峰峰值10V，所以至少需要给运放提供±6V电压。
模拟输入：
题目要求双通道信号采集，这里我们可以先画好一路电路，再进行复制。频率要求1MHz以内。经查单片机的ADC最高采样率为5MHz，对于1MHz的输入信号来说算是刚好够用。幅度最大为50V。而STM32 ADC内部参考电压最大为2.95V，所以电压不能直接输入，需要先经过衰减电路才能送给单片机。为考虑后期计算方便我们做50：1衰减，将大信号压缩到1V以内。而对于5mV小信号则不能按照50倍衰减，衰减多了有效信号会淹没在电路噪声里，使得系统在小信号时失效，所以对于小信号，我们可以按照5倍衰减来做。
波形输出：
任意波形信号可以由单片机的DAC产生，经查数据手册给出DAC的最大输出频率可达15MHz，这个频率用来生成1MHz波形还是很合适的，然而单片机使用内部参考的输出电压最高2.95V，显然需要经过放大电路才能满足输出10V峰峰值的要求。
电路原理图及仿真
虽然本项目未要求做出实物，但始终觉得纸上得来浅，唯有实践出真知。故此在做芯片选型的时候除了能满足基本要求，再有就是易购买。以下分电源电路，输入调理电路，输出调理电路三部分进行说明。
电源电路：
数字电路部分：系统数字电路部分采用3.3V供电，单片机最大150mA。考虑后续要完善设计的话还需要用到显示屏，存储，以及与上位机通讯电路。这部分功耗预算150mA。所以稳妥起见，我们一步到位使用DC-DC芯片供电。使用ADI电源系统设计工具LTpower进行筛选，输入5V输出300mA的芯片里面ADP2108可满足要求，且容易买到。
模拟调理电路部分：模拟电路电源需要用到正负电源。正好之前做项目的时候手边有剩余的LT1945，该芯片为正负电源输出的DC-DC升压芯片，输出电压最高达±34V。输出电流最大值350mA,满足大部分通用运放供电，设置好反馈电阻后输出±7.5V。为了获得更稳定的电源，需要再加一对正负线性电源。同样使用LTpower筛选，最后选定用LT1175获得-6V电压，选用LT1761输出+6V电压。
综上使用LTspice软件绘制电源电路如下：
输入调理电路：
我们确定了输入信号的衰减倍数，为5：1和50：1。使用精密电阻分压即可，这里我借鉴了ADALM2000的分压网络。另外还需要使用开关来控制信号通路。可以选用模拟开关，光耦继电器，或者机械继电器。TQ2SA-5V信号继电器就不错。
信号经过继电器后还需要使用运放来匹配阻抗，我们现在继电器后端搭一路运放跟随器，注意此处运放的输入失调电压尽量小于输入有效信号峰峰值的1/50，另外输入失调电流也要尽可能的小，增益带宽积的话至少在输入信号频率的7倍以上。
然后我们使用RC低通滤波器滤除高频噪声，截止频率可以选到1M（注下面电路图截止频率略高于1M）。题目要求的输入信号电压范围5mV-50V的跨度时大于单片机ADC的0.8V-3V的，为了更好的观察信号，我们需要用到可变增益放大电路，这里我们在第二级运放处搭建该电路，使用单片机控制模拟开关调节反馈电阻来实现，如下图选择不同的反馈比例即可获得不同的增益。这里要注意尽量避免模拟开关导通阻抗对反馈网络造成影响。
为了方便查看，上下两路信号选择不同的衰减比例，只需一次仿真即可。仿真结果如下，可以看到两路输出信号的增益在1MHz通带范围内还算平坦，基本满足要求。
输出调理电路：
输出调理电路只做了简单的放大，并未做滤波设计。
下一步计划
本次设计，很仓促，只来得及验证可行性。电路还有很多需要优化的地方。如果之后有时间我还是希望能将以上设计转化为实物电路板来验证一遍。
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