Принцип работы и структура цифрового осциллографа
С развитием электронных технологий и изменений требования к измерению схем стали выше, в электронном производстве обнаружится, что измерение многих параметров не является компетентным мультиметром, например, портом ввода-вывода микроконтроллера выходного сигнала или производство усилителей для измерения его АЧХ и так далее. Таким образом, осциллографы, естественно, аналогичны мультиметрам и стали необходимым инструментом для инженеров-электронщиков и энтузиастов.
Принцип работы и введение в структуру
Аппаратная часть системы цифрового осциллографа представляет собой плату высокоскоростного сбора данных. Он может обеспечить двухканальный ввод данных, каждая частота дискретизации может достигать 60 Мбит/с. Функционально аппаратную систему можно разделить на: модуль входного усиления сигнала (входной усилитель на полевом транзисторе) и модуль формирования (усилитель с регулируемым коэффициентом усиления), модуль высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя (драйвер АЦП, АЦП), модуль логического управления FPGA. , распределение тактовой частоты, быстродействующий компаратор, модуль управления MCU (DSP), модуль передачи данных, жидкокристаллический дисплей (LCD). ), модуль передачи данных, ЖК-дисплей, управление сенсорным экраном, управление питанием и аккумулятором, управление с клавиатуры и ряд других деталей.
Входной сигнал преобразуется предусилителем и схемой регулировки усиления во входное напряжение, соответствующее требованиям аналого-цифрового преобразователя. Цифровой сигнал, преобразованный аналого-цифровым преобразователем, кэшируется FPGA или FIFO в памяти сбора данных, а затем передается на компьютер через интерфейс связи для последующей обработки данных или напрямую контролируется микроконтроллером, собирается и отображается на ЖК-дисплее. экран.
Эталонные устройства следующие:
В этих частях наиболее важными являются схема программного усиления (ослабления) и схема аналого-цифрового преобразования, поскольку эти две схемы являются «горлом» цифрового осциллографа, схема программного усиления (ослабления) определяет входную полосу пропускания осциллографа и разрешение по вертикали. Схема аналого-цифрового преобразования определяет горизонтальное разрешение осциллографа, которое напрямую определяет производительность осциллографа при двух разрешениях. Эти две части схемы будут передавать измеренные сигналы в заднюю часть схемы обработки, необходимой для сигнала данных. Эту часть схемы можно использовать в высокопроизводительных интегральных схемах, а небольшое количество периферийных устройств составляет простую схему. отладка также очень проста. Самой сложной частью осциллографа должна стать процедура, то есть программное обеспечение. Программное обеспечение выполняет все задачи по обработке данных и управлению цифровым осциллографом, включая аналогово-цифровое управление выборкой, управление скоростью горизонтальной развертки, управление вертикальной чувствительностью, обработку изображения, измерение размаха амплитуды, измерение частоты и другие задачи. Это можно реализовать, используя очень распространенный сегодня на рынке микроконтроллер в виде микропроцессора и программируя на языке C.
Схема программного усиления (затухания) и схема питания
Сигнал поступает с общего щупа осциллографа Х10Х1 в схему усиления (затухания). Роль схемы программного усиления (ослабления) заключается в усилении или ослаблении входного сигнала для регулировки, чтобы напряжение выходного сигнала в требованиях к входному напряжению аналого-цифрового преобразователя было в пределах диапазона наилучшего измерения и наблюдения, поэтому Запрограммированная схема усилителя в указанной полосе усиления должна быть плоской. Поскольку схема осциллографа содержит две цифровые и аналоговые части, чтобы избежать взаимных помех, цифровая часть источника питания и аналоговая часть источника питания отдельно, соответственно, обеспечивают набор источника питания постоянного тока ± 5 В и индуктивности. и емкость из фильтрующей изоляции
Флэш-память и схема часов
Поскольку аналого-цифровой преобразователь захватывает большой объем данных сигнала, внутренней флэш-памяти микроконтроллера недостаточно для использования, поэтому схема может выбрать внешнюю память для использования, а также для записи на ЖК-дисплей. Флэш-память также используется в качестве кэша для записи ЖК-дисплея. Чтобы получить опорный тактовый сигнал, микроконтроллер также подключается к кристаллу, который используется для расчета фактической частоты внешнего сигнала.
Блок управления ПЛИС
FPGA — это полузаказные ASIC, которые позволяют разработчикам схем программировать свои собственные функции, специфичные для конкретного приложения. В проекте используются два разных метода: схематический ввод и ввод VHDL. Блок управления выполняет большую часть задач управления, обеспечивая соответствующие сигналы управления для каждого функционального модуля для обеспечения корректной работы всей системы. В частности, достигаются следующие функции: схема делителя частоты и генерация управляющих сигналов аналого-цифрового преобразователя. Система сбора данных имеет широкий диапазон измерений, схема делителя частоты спроектирована внутри FPGA для достижения разных частот дискретизации для разных частот измеряемых сигналов, чтобы обеспечить что собранные данные более точны. Блок разделения частоты реализован с использованием метода графического ввода, и его внутренняя структура показана на рисунке 4. На рисунке 4 использование T-триггера на входе равно 1, каждый фронт тактового сигнала, когда выходной сигнал будет прыгать для достижения разделения частоты. . В то же время мы видим, что вход Т-триггера состоит из некоторых логических комбинаций, которые и составляют стробированные часы. Для стробируемых часов функция часов тщательно анализируется, чтобы избежать эффекта помех. Хотя стробированные часы гарантированно не содержат опасных помех в тактовом сигнале при соблюдении следующих двух условий, стробированные часы могут работать так же надежно, как и глобальные часы.
В конструкции аналого-цифрового преобразователя у него всего два управляющих сигнала: тактовый входной сигнал CLK и разрешающий выходной сигнал OE. Сигнал CLK непосредственно через входной сигнал 60M активного кристалла, в то время как сигнал OE через внутреннюю FPGA и CLK имеет ту же частоту и ту же фазу, что и тактовый сигнал, инвертированный, чтобы получить только для преобразования синхронизации аналого-цифрового преобразователя. отношения.
Высокоскоростное аналого-цифровое преобразование; схема
Цифровой осциллограф в самой важной схеме - это схема аналого-цифрового преобразования, его роль заключается в измерении выборки сигнала и преобразовании в цифровые сигналы в память, говорит, что горло цифрового осциллографа не так уж и много, потому что оно напрямую определяет цифровой осциллограф. может быть измерен на самой высокой частоте, согласно теореме Найквиста, частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза выше самой высокой частоты измеряемого сигнала, чтобы воспроизвести измеряемый сигнал. В цифровых осциллографах частота дискретизации должна быть как минимум в 5–8 раз выше частоты тестируемого сигнала, иначе форму сигнала невозможно будет наблюдать.
