Digitālā osciloskopa darbības princips un struktūra
Attīstoties elektroniskajām tehnoloģijām un izmaiņām, ķēžu mērīšanas prasības ir kļuvušas augstākas, elektroniskajā ražošanā tiks konstatēts, ka daudzu parametru mērīšana nav multimetrs var būt kompetents, piemēram, mikrokontrollera I / O ports izejas viļņu formā vai pastiprinātāju ražošana tā frekvences reakcijas mērīšanai utt. Tāpēc osciloskopi, protams, ir tādi paši kā multimetri, un tie ir kļuvuši par nepieciešamo instrumentu elektronikas inženieriem un entuziastiem.
Darba principa un struktūras ievads
Digitālā osciloskopa sistēmas aparatūras daļa ir ātrgaitas datu iegūšanas plate. Tas var sasniegt divu kanālu datu ievadi, katra paraugu ņemšanas frekvence var sasniegt 60Mbit/s. Funkcionāli aparatūras sistēmu var iedalīt: signāla priekšgala pastiprināšanas (FET ievades pastiprinātājs) un kondicionēšanas modulī (mainīga pastiprinājuma pastiprinātājā), ātrgaitas analogā-digitālā pārveidotāja modulī (ADC draiveris, ADC), FPGA loģikas vadības modulī. , pulksteņa sadale, ātrgaitas komparators, MCU vadības modulis (DSP), datu komunikācijas modulis, šķidro kristālu displejs (LCD). ), datu komunikācijas modulis, LCD displejs, skārienekrāna vadība, barošanas avota un akumulatora vadība un tastatūras vadība un vairākas citas daļas.
Ieejas signālu priekšpastiprinātājs un pastiprinājuma regulējama ķēde pārvērš ieejas spriegumā, kas atbilst A/D pārveidotāja prasībām. Digitālais signāls, ko konvertē A/D pārveidotājs, tiek saglabāts kešatmiņā, izmantojot FPGA vai ieguves atmiņu FIFO, un pēc tam tiek pārsūtīts uz datoru, izmantojot sakaru interfeisu turpmākai datu apstrādei vai tieši kontrolēts ar mikrokontrolleri, tiks savākts un parādīts LCD ekrānā. ekrāns.
Atsauces ierīces ir šādas
Šajās daļās vissvarīgākā ir ieprogrammētā pastiprināšanas (vājināšanas) ķēde un A/D konversijas ķēde, jo šīs divas shēmas ir digitālā osciloskopa rīkles, ieprogrammētā pastiprināšanas (vājināšanas) shēma nosaka osciloskopa ieejas joslas platumu un vertikālo izšķirtspēju. , A/D konversijas ķēde nosaka osciloskopa horizontālo izšķirtspēju, kas tieši nosaka abu izšķirtspēju osciloskopa veiktspēju. Šīs divas ķēdes daļas tiks mērīti signāli apstrādes ķēdes aizmugurē, kas nepieciešama datu signālam, šo ķēdes daļu var izmantot augstas veiktspējas integrālajās shēmās, kā arī neliels skaits perifērijas ierīču veido vienkāršu shēmas dizainu, arī atkļūdošana ir ļoti vienkārša. Visgrūtākajai osciloskopa daļai vajadzētu būt procedūrai, tas ir, programmatūrai. Programmatūra sedz visus digitālā osciloskopa datu apstrādes un kontroles uzdevumus, tostarp A/D paraugu ņemšanas vadību, horizontālās slaucīšanas ātruma kontroli, vertikālās jutības vadību, displeja apstrādi, no maksimuma līdz maksimumam mērīšanu, frekvences mērīšanu un citus uzdevumus. To var realizēt, izmantojot mūsdienās tirgū ļoti izplatītu mikrokontrolleri kā mikroprocesoru un programmējot C valodā.
Programmētā pastiprināšanas (vājināšanas) ķēde un barošanas ķēde
Signāls tiek ievadīts no kopējās X10X1 osciloskopa zondes pastiprināšanas (vājināšanas) ķēdē. Programmētās pastiprināšanas (vājināšanas) ķēdes uzdevums ir pastiprināt vai vājināt ieejas signālu, lai pielāgotos tā, lai izejas signāla spriegums A/D pārveidotāja ieejas sprieguma prasībās būtu vislabākā mērījuma un novērojuma diapazonā. ieprogrammētajai pastiprinātāja shēmai norādītajā joslas platuma pastiprinājumā jābūt plakanai. Tā kā osciloskopa ķēdē ir divas digitālās un analogās daļas, lai izvairītos no savstarpējiem traucējumiem, tāpēc barošanas avota digitālā daļa un barošanas avota analogā daļa atsevišķi, lai nodrošinātu ± 5 V līdzstrāvas barošanas bloku un induktivitāti. un kapacitāte, kas izgatavota no filtra izolācijas
Zibatmiņa un pulksteņa shēma
Tā kā A/D pārveidotājs uztver lielu daudzumu signāla datu, mikrokontrollera iekšējās zibatmiņas izmantošanai nepietiek, tāpēc ķēde var izvēlēties kādu ārējo atmiņu lietošanai, bet arī kā veidu, kā rakstīt LCD. Zibatmiņa tiek izmantota arī kā kešatmiņa LCD rakstīšanai. Lai iegūtu atsauces pulksteņa signālu, mikrokontrolleris ir savienots arī ar kristālu, kas tiek izmantots ārējā viļņu formas signāla faktiskās frekvences aprēķināšanai.
FPGA vadības bloks
FPGA ir daļēji pielāgoti ASIC, kas ļauj ķēžu dizaineriem ieprogrammēt savas lietojumprogrammai specifiskās funkcijas. Dizainā tiek izmantotas divas dažādas metodes: shematiskā ievade un VHDL ievade. Vadības bloks veic lielāko daļu vadības uzdevumu, nodrošinot katram funkcionālajam modulim atbilstošus vadības signālus, lai nodrošinātu visas sistēmas pareizu darbību. Konkrēti sasniegt šādas funkcijas: frekvences dalītāja ķēde un ģenerēt A/D pārveidotāja vadības signālus Datu iegūšanas sistēmai ir plašs mērījumu diapazons, frekvenču dalītāja ķēde ir izstrādāta FPGA iekšpusē, lai sasniegtu dažādas paraugu ņemšanas frekvences dažādām izmērīto signālu frekvencēm, lai nodrošinātu ka savāktie dati ir precīzāki. Frekvences dalīšanas vienība ir realizēta, izmantojot grafiskās ievades metodi, un tās iekšējā struktūra ir parādīta 4. attēlā. 4. attēlā T-trigera izmantošana ieejā ir 1, katra pulksteņa mala, kad izeja pārlēks, lai sasniegtu frekvences dalījumu. . Tajā pašā laikā mēs varam redzēt, ka T-flip-flop ievade sastāv no dažām loģiskām kombinācijām, kas veido slēgto pulksteni. Slēgtajiem pulksteņiem pulksteņa funkcija tiek rūpīgi analizēta, lai izvairītos no urbumu ietekmes. Lai gan tiek garantēts, ka slēgtajam pulkstenim nav bīstamu pulksteņa signāla izciļņu, ja ir izpildīti šādi divi nosacījumi, ierobežotais pulkstenis var darboties tikpat uzticami kā globālais pulkstenis.
A/D pārveidotāja konstrukcijai tā vadības signāls ir tikai divi: pulksteņa ievades signāls CLK un izejas signāla OE iespējošana. CLK signāls tieši caur aktīvo kristāla ieeju 60M signālu, savukārt OE signāls caur FPGA iekšējo un CLK tādu pašu frekvenci un to pašu pulksteņa signāla fāzi tiek apgriezts, lai iegūtu, lai tikai atbilstu A/D pārveidotāja laika pārveidei. attiecības.
Ātrgaitas A/D konvertēšana; ķēde
Digitālais osciloskops vissvarīgākajā ķēdē ir A/D konversijas ķēde, tās loma ir izmērīt signālu paraugu ņemšanu un pārveidot ciparu signālos atmiņā, teica, ka tas ir digitālais osciloskops rīkles nav pārāk daudz, jo tas tieši nosaka digitālo osciloskopu var izmērīt augstākajā frekvencē saskaņā ar Nyquist teorēmu, paraugu ņemšanas frekvenci, kas ir vismaz 2 reizes lielāka par mērāmā signāla augstāko frekvenci, lai reproducētu mērāmo signālu. Digitālajos osciloskopos paraugu ņemšanas frekvencei jābūt vismaz 5 līdz 8 reizes lielākai par pārbaudāmā signāla frekvenci, pretējā gadījumā signāla viļņu formu nevar novērot.
