Principiul și structura de lucru ale osciloscopului digital
Odată cu dezvoltarea tehnologiei electronice și schimbarea, cerințele de măsurare a circuitului au devenit mai mari, în producția electronică se va constata că măsurarea multor parametri nu este un multimetru poate fi competent, cum ar fi un port I / O microcontroler al formei de undă de ieșire sau producția de amplificatoare pentru măsurarea răspunsului în frecvență și așa mai departe. Prin urmare, osciloscoapele sunt în mod natural la fel ca multimetrele și au devenit un instrument necesar pentru inginerii și entuziaștii electronici.
Principiul de funcționare și introducerea structurii
Partea hardware a sistemului de osciloscop digital este o placă de achiziție de date de mare viteză. Se poate realiza intrare de date pe două canale, fiecare frecvență de eșantionare poate ajunge la 60 Mbit/s. Din punct de vedere funcțional, sistemul hardware poate fi împărțit în: amplificare front-end de semnal (amplificator de intrare FET) și modul de condiționare (amplificator cu câștig variabil), modul convertor analog-digital de mare viteză (driver ADC, ADC), modul de control logic FPGA , distribuție ceas, comparator de mare viteză, modul de control MCU (DSP), modul de comunicare de date, afișaj cu cristale lichide (LCD). ), modul de comunicare de date, afișaj LCD, control cu ecran tactil, gestionarea sursei de alimentare și a bateriei și controlul tastaturii și alte câteva părți.
Semnalul de intrare este convertit de circuitul reglabil de preamplificator și câștig într-o tensiune de intrare care îndeplinește cerințele convertorului A/D. Semnalul digital convertit de convertorul A/D este stocat în cache de FPGA sau de memoria de achiziție FIFO și apoi transmis către computer prin interfața de comunicare pentru prelucrarea ulterioară a datelor sau controlat direct de microcontroler va fi colectat și afișat pe LCD. ecran.
Dispozitivele de referință sunt după cum urmează
În aceste părți, cel mai important este circuitul de amplificare (atenuare) programată și circuitul de conversie A/D, deoarece aceste două circuite sunt gâtul osciloscopului digital, circuitul de amplificare (atenuare) programată determină lățimea de bandă de intrare a osciloscopului și rezoluția verticală. , Circuitul de conversie A/D determină rezoluția orizontală a osciloscopului, care determină direct performanța osciloscopului celor două rezoluții. Aceste două părți ale circuitului vor fi semnale măsurate în partea din spate a circuitului de procesare necesare pentru semnalul de date, această parte a circuitului poate fi utilizată în circuite integrate de înaltă performanță plus un număr mic de dispozitive periferice constituie un design simplu de circuit, depanarea este, de asemenea, foarte simplă. Cea mai dificilă parte a osciloscopului ar trebui să fie procedura, adică software-ul. Software-ul suportă toate sarcinile de procesare și control a datelor ale osciloscopului digital, inclusiv controlul eșantionării A/D, controlul vitezei de baleiaj orizontal, controlul sensibilității verticale, procesarea afișajului, măsurarea vârf-la-vârf, măsurarea frecvenței și alte sarcini. Poate fi realizat prin utilizarea unui microcontroler foarte comun pe piață în zilele noastre ca microprocesor și programare în limbaj C.
Circuit de amplificare (atenuare) programat și circuit de alimentare
Semnalul este introdus de la o sondă de osciloscop comună X10X1 în circuitul de amplificare (atenuare). Rolul circuitului de amplificare (atenuare) programat este de a amplifica sau atenua semnalul de intrare pentru a ajusta, astfel încât tensiunea semnalului de ieșire în cerințele de tensiune de intrare ale convertorului A/D în intervalul celei mai bune măsurători și observații, astfel încât circuitul amplificator programat în câștigul de lățime de bandă specificat trebuie să fie plat. Deoarece circuitul osciloscopului conține două părți digitale și analogice, pentru a evita interferența reciprocă, astfel încât partea digitală a sursei de alimentare și partea analogică a sursei de alimentare separat, pentru a oferi un set de sursă de alimentare de ± 5V DC și inductanță și capacitatea din izolarea filtrului
Memorie flash și circuit de ceas
Deoarece convertorul A/D captează o cantitate mare de date de semnal, memoria flash internă a microcontrolerului nu este suficientă pentru a fi utilizată, astfel încât circuitul poate alege o memorie externă de utilizat, dar și ca o modalitate de a scrie pe LCD. Memoria flash este, de asemenea, folosită ca cache pentru scrierea pe LCD. Pentru a obține semnalul de ceas de referință, microcontrolerul este, de asemenea, conectat la un cristal, care este utilizat pentru a calcula frecvența reală a semnalului extern al formei de undă.
Unitate de control FPGA
FPGA-urile sunt ASIC-uri semi-personalizate care permit proiectanților de circuite să-și programeze propriile funcții specifice aplicației. Proiectarea folosește două metode diferite: intrare schematică și intrare VHDL. Unitatea de control îndeplinește majoritatea sarcinilor de control, furnizând semnalele de control adecvate pentru fiecare modul funcțional pentru a asigura funcționarea corectă a întregului sistem. Realizează în mod specific următoarele funcții: circuit divizor de frecvență și generare de semnale de control al convertorului A/D Sistemul de achiziție de date are o gamă largă de măsurare, un circuit divizor de frecvență este proiectat în interiorul FPGA pentru a obține frecvențe de eșantionare diferite pentru diferite frecvențe ale semnalelor măsurate pentru a asigura că datele colectate sunt mai exacte. Unitatea de diviziune a frecvenței este implementată folosind metoda de intrare grafică, iar structura sa internă este prezentată în Figura 4. În Figura 4, utilizarea declanșatorului T în intrare este 1, fiecare margine de ceas când ieșirea va sări pentru a obține diviziunea în frecvență. . În același timp, putem observa că intrarea T-flip-flop-ului este compusă din unele combinații logice, care constituie ceasul gated. Pentru ceasurile cu poartă, funcția ceasului este analizată cu atenție pentru a evita efectul bavurilor. În timp ce ceasul cu blocare este garantat să nu prezinte bavuri periculoase pe semnalul de ceas atunci când sunt îndeplinite următoarele două condiții, ceasul cu portă poate funcționa la fel de fiabil ca ceasul global.
Pentru proiectarea convertorului A/D, semnalul său de control doar două: semnalul de intrare a ceasului CLK și activarea semnalului de ieșire OE. Semnalul CLK direct prin semnalul de intrare de cristal activ 60M, în timp ce semnalul OE prin intermediul FPGA intern și CLK aceeași frecvență și aceeași fază a semnalului de ceas inversat pentru a obține, astfel încât doar pentru a satisface conversia temporizării convertorului A/D relatii.
Conversie A/D de mare viteză; circuit
Osciloscopul digital în cel mai important circuit este circuitul de conversie A/D, rolul său este de a fi măsurat eșantionarea semnalului și convertit în semnale digitale în memorie, a spus că este un gât osciloscop digital nu este prea mult, deoarece determină direct osciloscopul digital poate fi măsurată la cea mai mare frecvență, conform teoremei Nyquist, frecvența de eșantionare de cel puțin 2 ori cea mai mare frecvență a semnalului de măsurat pentru a reproduce semnalul măsurat. În osciloscoapele digitale, frecvența de eșantionare ar trebui să fie de cel puțin 5 până la 8 ori mai mare decât frecvența semnalului testat, altfel forma de undă a semnalului nu poate fi observată.
