Princip rada i struktura digitalnog osciloskopa
Sa razvojem elektronske tehnologije i promenom, zahtevi za merenje kola su postali veći, u elektronskoj proizvodnji će se ustanoviti da merenje mnogih parametara ne može biti kompetentno multimetar, kao što je mikrokontroler I/O port izlaznog talasnog oblika ili proizvodnju pojačala za mjerenje njegovog frekvencijskog odziva i tako dalje. Stoga su osciloskopi prirodno isto što i multimetri i postali su neophodan alat za inženjere elektronike i entuzijaste.
Princip rada i uvod u strukturu
Hardverski dio sistema digitalnog osciloskopa je ploča za prikupljanje podataka velike brzine. Može postići dvokanalni unos podataka, svaka frekvencija uzorkovanja može doseći 60Mbit/s. Funkcionalno, hardverski sistem se može podijeliti na: front-end pojačanje signala (FET ulazno pojačalo) i modul za kondicioniranje (pojačalo s promjenjivim pojačanjem), brzi analogno-digitalni konvertorski modul (ADC drajver, ADC), FPGA logički kontrolni modul , distribucija sata, komparator velike brzine, MCU upravljački modul (DSP), modul za komunikaciju podataka, displej s tekućim kristalima (LCD). ), modul za prijenos podataka, LCD zaslon, upravljanje ekranom osjetljivim na dodir, upravljanje napajanjem i baterijom i upravljanje tipkovnicom i nekoliko drugih dijelova.
Ulazni signal se pretvara od strane pretpojačala i kola podesivog pojačanja u ulazni napon koji zadovoljava zahtjeve A/D konvertera. Digitalni signal koji je konvertovao A/D konverter kešira FPGA ili akviziciona memorija FIFO, a zatim se prenosi na računar preko komunikacijskog interfejsa za naknadnu obradu podataka, ili direktno kontroliše mikrokontroler, biće prikupljen i prikazan na LCD-u. ekran.
Referentni uređaji su sljedeći
U ovim dijelovima najvažniji su programirani krug za pojačavanje (slabljenje) i A/D konverziono kolo, jer su ova dva kruga grlo digitalnog osciloskopa, programirano kolo za pojačavanje (slabljenje) određuje ulazni propusni opseg osciloskopa i vertikalnu rezoluciju , kolo A/D konverzije određuje horizontalnu rezoluciju osciloskopa, što direktno određuje performanse osciloskopa za dvije rezolucije. Ova dva dijela kola će se mjeriti signalima u stražnjem dijelu kruga za obradu koji je potreban za signal podataka, ovaj dio kola se može koristiti u integriranim kolima visokih performansi plus mali broj perifernih uređaja čine jednostavan dizajn kola, otklanjanje grešaka je takođe vrlo jednostavno. Najteži dio osciloskopa trebao bi biti postupak, odnosno softver. Softver nosi sve zadatke obrade podataka i kontrole digitalnog osciloskopa, uključujući kontrolu A/D uzorkovanja, kontrolu brzine horizontalnog sweep-a, kontrolu vertikalne osjetljivosti, obradu prikaza, mjerenje od vrha do vrha, mjerenje frekvencije i druge zadatke. Može se realizovati korišćenjem vrlo uobičajenog mikrokontrolera na današnjem tržištu kao mikroprocesora i programiranja u C jeziku.
Programirano kolo za pojačavanje (slabljenje) i strujni krug
Signal se ulazi iz uobičajene sonde osciloskopa X10X1 u kolo za pojačavanje (slabljenje). Uloga programiranog kola za pojačavanje (slabljenje) je da pojača ili priguši ulazni signal za podešavanje, tako da napon izlaznog signala u zahtjevima ulaznog napona A/D pretvarača bude unutar raspona najboljeg mjerenja i posmatranja, tako da programirano kolo pojačala u specificiranom pojačanju širine pojasa mora biti ravno. Kako kolo osciloskopa sadrži digitalni i analogni dva dijela, kako bi se izbjegle međusobne smetnje, tako digitalni dio napajanja i analogni dio napajanja odvojeno, da bi se obezbijedio set ± 5V DC napajanja, i induktivnosti i kapacitivnost napravljena od filtarske izolacije
Fleš memorija i sklop sata
Budući da A/D konvertor hvata veliku količinu signalnih podataka, interna flash memorija mikrokontrolera nije dovoljna za korištenje, tako da kolo može odabrati neku eksternu memoriju koju će koristiti, ali i kao način za pisanje LCD-a. Flash memorija se također koristi kao keš memorija za pisanje na LCD. Da bi se dobio signal referentnog takta, mikrokontroler je takođe povezan sa kristalom koji se koristi za izračunavanje stvarne frekvencije signala spoljašnjeg talasnog oblika.
FPGA kontrolna jedinica
FPGA su polu-prilagođeni ASIC-ovi koji omogućavaju dizajnerima kola da programiraju svoje funkcije specifične za aplikaciju. Dizajn koristi dvije različite metode: shematski ulaz i VHDL ulaz. Upravljačka jedinica obavlja većinu upravljačkih zadataka, osiguravajući odgovarajuće upravljačke signale za svaki funkcionalni modul kako bi se osigurao ispravan rad cijelog sistema. Konkretno ostvariti sljedeće funkcije: kolo djelitelja frekvencije i generiranje kontrolnih signala A/D pretvarača. Sistem za prikupljanje podataka ima širok raspon mjerenja, kolo djelitelja frekvencije je dizajnirano unutar FPGA kako bi se postigle različite frekvencije uzorkovanja za različite frekvencije mjerenih signala kako bi se osiguralo da su prikupljeni podaci tačniji. Jedinica podjele frekvencije implementirana je metodom grafičkog ulaza i njena unutrašnja struktura je prikazana na slici 4. Na slici 4, upotreba T-okidača na ulazu je 1, svaka ivica takta kada će izlaz skočiti kako bi se postigla frekvencijska podjela . U isto vrijeme, možemo vidjeti da je ulaz T-flip-flopa sastavljen od nekih logičkih kombinacija, što čini gated sat. Za satove sa zatvaranjem, funkcija sata se pažljivo analizira kako bi se izbjegao efekat neravnina. Dok je zagarantovano da časovnik sa zatvaranjem nema opasnih neravnina na signalu sata kada su ispunjena sledeća dva uslova, sat sa zatvaranjem može da radi jednako pouzdano kao i globalni sat.
Za dizajn A/D konvertora, njegova upravljačka signala samo dva: takt ulaznog signala CLK i omogućavanje izlaznog signala OE. CLK signal direktno preko aktivnog kristalnog ulaza 60M signala, dok je OE signal kroz FPGA interni i CLK istu frekvenciju i istu fazu taktnog signala invertiran da bi se dobio, tako da se samo ispuni konverzija vremena A/D pretvarača odnosima.
A/D konverzija velike brzine; kolo
Digitalni osciloskop u najvažnijem kolu je A/D konverzijski krug, njegova uloga je da se mjeri uzorkovanje signala i pretvara u digitalne signale u memoriju, rekao je da je digitalni osciloskop grlo nije previše, jer direktno određuje digitalni osciloskop može se mjeriti na najvišoj frekvenciji, prema Nyquistovoj teoremi, frekvenciji uzorkovanja koja je najmanje 2 puta veća od najviše frekvencije signala koji se mjeri kako bi se reproducirao signal koji se mjeri. U digitalnim osciloskopima, frekvencija uzorkovanja treba da bude najmanje 5 do 8 puta veća od frekvencije signala koji se testira, inače se talasni oblik signala ne može posmatrati.
