A digitális oszcilloszkóp működési elve és felépítése
Az elektronikai technológia fejlődésével és változásával az áramköri mérési követelmények magasabbak lettek, az elektronikai gyártásban azt tapasztalják, hogy sok paraméter mérése nem multiméter lehet kompetens, mint például a mikrokontroller I/O portja a kimeneti hullámforma ill. erősítők gyártása a frekvenciaválasz mérésére és így tovább. Ezért az oszcilloszkópok természetesen ugyanazok, mint a multiméterek, és az elektronikai mérnökök és rajongók szükséges eszközévé váltak.
Működési elv és szerkezet bemutatása
A digitális oszcilloszkóp rendszer hardveres része egy nagy sebességű adatgyűjtő kártya. Kétcsatornás adatbevitelt képes elérni, minden mintavételi frekvencia elérheti a 60Mbit/s-ot. Funkcionálisan a hardverrendszer felosztható: előtér-jelerősítő (FET bemeneti erősítő) és kondicionáló modul (változtatható erősítésű erősítő), nagy sebességű analóg-digitális átalakító modul (ADC meghajtó, ADC), FPGA logikai vezérlő modul. , óraelosztás, nagy sebességű komparátor, MCU vezérlőmodul (DSP), adatkommunikációs modul, folyadékkristályos kijelző (LCD). ), adatkommunikációs modul, LCD kijelző, érintőképernyős vezérlés, táp- és akkumulátorkezelés, valamint billentyűzetvezérlés és számos egyéb alkatrész.
A bemeneti jelet az előerősítő és az állítható erősítésű áramkör olyan bemeneti feszültséggé alakítja, amely megfelel az A/D konverter követelményeinek. Az A/D konverter által átalakított digitális jelet az FPGA vagy a FIFO adatgyűjtő memória gyorsítótárba helyezi, majd a kommunikációs interfészen keresztül továbbítja a számítógéphez további adatfeldolgozás céljából, vagy közvetlenül a mikrokontroller által vezérelve, összegyűjti és megjeleníti az LCD-n. képernyő.
A referenciaeszközök a következők
Ezekben a részekben a legfontosabb a programozott erősítő (csillapító) áramkör és az A/D átalakító áramkör, mert ez a két áramkör a digitális oszcilloszkóp torka, a programozott erősítő (csillapító) áramkör határozza meg az oszcilloszkóp bemeneti sávszélességét és függőleges felbontását. , A/D konverziós áramkör határozza meg az oszcilloszkóp vízszintes felbontását, amely közvetlenül meghatározza a két felbontású oszcilloszkóp teljesítményét. Az áramkör ezen két része az adatjelhez szükséges feldolgozó áramkör hátuljába mért jeleket, az áramkör ezen része használható nagy teljesítményű integrált áramkörökben, valamint néhány periféria egyszerű áramköri kialakítást jelent, a hibakeresés is nagyon egyszerű. Az oszcilloszkóp legnehezebb része az eljárás, vagyis a szoftver legyen. A szoftver viseli a digitális oszcilloszkóp összes adatfeldolgozási és vezérlési feladatát, beleértve az A/D mintavételezést, a vízszintes pásztási sebesség szabályozást, a függőleges érzékenység szabályozást, a kijelző feldolgozást, a csúcstól a csúcsig mérést, a frekvencia mérést és egyéb feladatokat. Megvalósítható egy manapság a piacon igen elterjedt mikrokontroller mikroprocesszorként való felhasználásával és C nyelvű programozással.
Programozott erősítő (csillapító) áramkör és tápegység áramkör
A jelet egy közös X10X1 oszcilloszkóp szonda viszi be az erősítő (csillapító) áramkörbe. A programozott erősítő (csillapító) áramkör szerepe a bemeneti jel erősítése vagy csillapítása a beállításhoz úgy, hogy a kimeneti jel feszültsége az A/D konverter bemeneti feszültségigényében a legjobb mérési és megfigyelési tartományon belül legyen, így a a programozott erősítő áramkörnek a megadott sávszélesség-erősítésben laposnak kell lennie. Mivel az oszcilloszkóp áramkör digitális és analóg két részből áll, a kölcsönös interferencia elkerülése érdekében, így a tápegység digitális része és a tápegység analóg része külön-külön, egy sor ± 5V DC tápegységet és induktivitást biztosít. és szűrő leválasztásból készült kapacitás
Flash memória és óra áramkör
Mivel az A/D konverter nagy mennyiségű jeladatot rögzít, a mikrokontroller belső flash memóriája nem elegendő a használathoz, így az áramkör választhat valamilyen külső memóriát használni, de az LCD írásának módjaként is. A flash memóriát gyorsítótárként is használják az LCD írására. A referencia órajel megszerzéséhez a mikrokontroller egy kristályhoz is kapcsolódik, amely a külső hullámforma jel tényleges frekvenciájának kiszámítására szolgál.
FPGA vezérlőegység
Az FPGA-k félig egyedi ASIC-k, amelyek lehetővé teszik az áramkör-tervezők számára, hogy programozzák saját alkalmazás-specifikus funkcióikat. A tervezés két különböző módszert használ: sematikus bemenetet és VHDL bemenetet. A vezérlőegység végzi el a legtöbb vezérlési feladatot, minden funkcionális modulhoz megfelelő vezérlőjeleket biztosítva a teljes rendszer megfelelő működése érdekében. Konkrétan a következő funkciókat érheti el: frekvenciaosztó áramkör és A/D átalakító vezérlőjelek generálása Az adatgyűjtő rendszer széles mérési tartománnyal rendelkezik, az FPGA belsejében egy frekvenciaosztó áramkört terveztek, hogy különböző mintavételi frekvenciákat érjen el a mért jelek különböző frekvenciáihoz. hogy az összegyűjtött adatok pontosabbak. A frekvenciaosztási egységet grafikus beviteli módszerrel valósítják meg, és belső felépítését a 4. ábra mutatja. A 4. ábrán a T-trigger használata a bemenetben 1, minden óraél, amikor a kimenet ugrik, hogy elérje a frekvenciaosztást. . Ugyanakkor láthatjuk, hogy a T-flip-flop bemenete néhány logikai kombinációból áll, amely a kapuzott órát alkotja. A kapuzott órák esetében az óra funkcióját gondosan elemzik, hogy elkerüljék a sorja hatását. Míg a kapuzott óra garantáltan mentes a veszélyes sorjaktól az órajelen, ha a következő két feltétel teljesül, a kapuzott óra ugyanolyan megbízhatóan tud működni, mint a globális óra.
Az A/D átalakító kialakításához a vezérlőjel csak kettő: CLK óra bemeneti jel és OE kimeneti jel engedélyezése. CLK jel közvetlenül az aktív kristály bemeneten keresztül 60M jelet, míg az OE jelet a belső FPGA-n és a CLK-n keresztül ugyanazt a frekvenciát és azonos fázisú órajelet kapja meg, hogy az A/D konverter időzítésének átalakítása megfeleljen. kapcsolatok.
Nagy sebességű A/D konverzió; áramkör
Digitális oszcilloszkóp a legfontosabb áramkörben az A/D konverziós áramkör, szerepe a mért jel mintavételezése és digitális jelekké alakítása a memóriába, azt mondta, hogy ez egy digitális oszcilloszkóp torok nem túl sok, mert közvetlenül határozza meg a digitális oszcilloszkópot. a legmagasabb frekvencián mérhető, a Nyquist-tétel szerint, a mérendő jel legmagasabb frekvenciájának legalább 2-szeresének mintavételezési frekvenciája a mérendő jel reprodukálása érdekében. A digitális oszcilloszkópokban a mintavételezési frekvenciának legalább 5-8-szor nagyobbnak kell lennie a vizsgált jel frekvenciájának, ellenkező esetben a jel hullámalakja nem figyelhető meg.
