Принцип роботи та структура цифрового осцилографа
З розвитком електронних технологій і змінами вимоги до вимірювання схем стали вищими, в електронному виробництві ви виявите, що вимірювання багатьох параметрів не є компетентним мультиметром, наприклад, порт вводу-виводу мікроконтролера форми вихідного сигналу або виробництво підсилювачів для вимірювання його АЧХ і так далі. Таким чином, осцилографи, природно, такі ж, як і мультиметри, і стали необхідним інструментом для електронних інженерів та ентузіастів.
Ознайомлення з принципом роботи та структурою
Апаратною частиною системи цифрового осцилографа є високошвидкісна плата збору даних. Він може досягати двоканального введення даних, кожна частота дискретизації може досягати 60 Мбіт/с. Функціонально апаратну систему можна розділити на: передній модуль підсилення сигналу (вхідний підсилювач FET) і модуль кондиціонування (підсилювач зі змінним коефіцієнтом підсилення), модуль високошвидкісного аналого-цифрового перетворювача (драйвер АЦП, АЦП), модуль керування логікою FPGA , тактовий розподіл, високошвидкісний компаратор, модуль керування MCU (DSP), модуль передачі даних, рідкокристалічний дисплей (LCD). ), модуль передачі даних, РК-дисплей, керування сенсорним екраном, блок живлення та управління акумулятором, керування клавіатурою та кілька інших частин.
Вхідний сигнал перетворюється попереднім підсилювачем і схемою регулювання посилення у вхідну напругу, яка відповідає вимогам АЦП. Цифровий сигнал, перетворений аналого-цифровим перетворювачем, кешується FPGA або пам’яттю збору даних FIFO, а потім передається на комп’ютер через комунікаційний інтерфейс для подальшої обробки, або безпосередньо керується мікроконтролером, збирається та відображається на РК-дисплеї. екран.
Еталонні пристрої наступні
У цих частинах найважливішими є схема запрограмованого підсилення (загасання) і схема аналого-цифрового перетворення, оскільки ці дві схеми є горловиною цифрового осцилографа, схема запрограмованого посилення (загасання) визначає вхідну смугу пропускання осцилографа та вертикальну роздільну здатність , Схема аналого-цифрового перетворення визначає горизонтальну роздільну здатність осцилографа, яка безпосередньо визначає продуктивність осцилографа двох роздільних здатностей. Ці дві частини схеми будуть виміряними сигналами в задній частині схеми обробки, необхідної для сигналу даних, цю частину схеми можна використовувати у високопродуктивних інтегральних схемах, плюс невелика кількість периферійних пристроїв становить просту схему схеми, налагодження також дуже просте. Найскладнішою частиною осцилографа повинна бути процедура, тобто програмне забезпечення. Програмне забезпечення виконує всі завдання обробки даних і керування цифровим осцилографом, включаючи контроль дискретизації аналого-цифрового сигналу, контроль швидкості горизонтальної розгортки, контроль вертикальної чутливості, обробку відображення, вимірювання пік-пік, вимірювання частоти та інші завдання. Це можна реалізувати, використовуючи дуже поширений мікроконтролер на сучасному ринку як мікропроцесор і програмуючи на мові C.
Схема програмованого підсилення (ослаблення) і схема живлення
Сигнал надходить із загального щупа осцилографа X10X1 в схему підсилення (ослаблення). Роль схеми запрограмованого підсилення (ослаблення) полягає в посиленні або ослабленні вхідного сигналу для налаштування, щоб напруга вихідного сигналу у вимогах до вхідної напруги аналого-цифрового перетворювача була в діапазоні найкращих вимірювань і спостережень, тому Запрограмована схема підсилювача в заданій смузі посилення повинна бути плоскою. Оскільки схема осцилографа містить дві цифрові та аналогові частини, щоб уникнути взаємних перешкод, цифрова частина джерела живлення та аналогова частина джерела живлення окремо, відповідно, щоб забезпечити набір джерела живлення постійного струму ± 5 В та індуктивності і ємність із ізоляції фільтра
Флеш-пам'ять і схема годинника
Оскільки аналого-цифровий перетворювач захоплює велику кількість даних сигналу, внутрішньої флеш-пам’яті мікроконтролера недостатньо для використання, тому схема може вибрати зовнішню пам’ять для використання, а також як спосіб запису РК-дисплея. Флеш-пам'ять також використовується як кеш для запису на РК-дисплей. Щоб отримати опорний тактовий сигнал, мікроконтролер також підключається до кристала, який використовується для обчислення фактичної частоти зовнішнього сигналу.
Блок керування FPGA
ПЛІС — це напівспеціальні ASIC, які дозволяють розробникам схем програмувати власні функції для конкретного застосування. У проекті використовуються два різні методи: введення схеми та введення VHDL. Блок керування виконує більшість завдань керування, надаючи відповідні керуючі сигнали для кожного функціонального модуля для забезпечення коректної роботи всієї системи. Зокрема, досягнення таких функцій: схема дільника частоти та генерування сигналів керування аналого-цифровим перетворювачем. Система збору даних має широкий діапазон вимірювань, схема дільника частоти розроблена всередині FPGA для досягнення різних частот дискретизації для різних частот вимірюваних сигналів, щоб забезпечити щоб зібрані дані були більш точними. Блок поділу частоти реалізовано за допомогою графічного методу введення, а його внутрішня структура показана на малюнку 4. На малюнку 4 використання T-тригера на вході дорівнює 1, кожен фронт синхронізації, коли вихід буде стрибати для досягнення поділу частоти . У той же час ми бачимо, що вхід T-тригера складається з деяких логічних комбінацій, які становлять стробований годинник. Для закритих годинників функція годинника ретельно аналізується, щоб уникнути ефекту задирок. Хоча стробований годинник гарантовано вільний від небезпечних задирок на тактовому сигналі, коли виконуються наступні дві умови, стробований годинник може працювати так само надійно, як і глобальний годинник.
Для конструкції аналого-цифрового перетворювача його керуючих сигналів всього два: тактовий вхідний сигнал CLK і вихідний сигнал дозволу OE. Сигнал CLK безпосередньо через вхідний сигнал 60M активного кристала, тоді як сигнал OE через внутрішню FPGA та CLK ту саму частоту та ту саму фазу тактового сигналу інвертується, щоб отримати, щоб просто виконати перетворення синхронізації аналого-цифрового перетворювача. стосунки.
Високошвидкісне аналого-цифрове перетворення; схема
Цифровий осцилограф у найважливішій схемі є ланцюгом аналого-цифрового перетворення, його роль полягає у вимірюванні дискретизації сигналу та перетворенні в цифрові сигнали в пам'ять, сказав, що це горло цифрового осцилографа не надто багато, оскільки воно безпосередньо визначає цифровий осцилограф можна виміряти на найвищій частоті, згідно з теоремою Найквіста, частота дискретизації щонайменше вдвічі перевищує найвищу частоту вимірюваного сигналу, щоб відтворити вимірюваний сигнал. У цифрових осцилографах частота дискретизації має принаймні в 5-8 разів перевищувати частоту тестованого сигналу, інакше форму сигналу неможливо спостерігати.
