Princip rada i struktura digitalnog osciloskopa
S razvojem elektroničke tehnologije i promjenama, zahtjevi za mjerenje kruga postali su veći, u elektroničkoj proizvodnji će se utvrditi da mjerenje mnogih parametara nije multimetar koji može biti kompetentan, kao što je ulazno-izlazni priključak mikrokontrolera izlaznog valnog oblika ili proizvodnju pojačala za mjerenje frekvencijskog odziva i tako dalje. Stoga su osciloskopi prirodno jednaki multimetrima i postali su neophodan alat za elektroničke inženjere i entuzijaste.
Uvod u princip rada i strukturu
Hardverski dio sustava digitalnog osciloskopa je ploča za prikupljanje podataka velike brzine. Može postići dvokanalni unos podataka, svaka frekvencija uzorkovanja može doseći 60 Mbit/s. Funkcionalno, hardverski sustav može se podijeliti na: prednji modul pojačanja signala (FET ulazno pojačalo) i modul za kondicioniranje (pojačalo promjenjivog pojačanja), modul analogno-digitalnog pretvarača velike brzine (ADC drajver, ADC), FPGA logički kontrolni modul , distribucija takta, komparator velike brzine, MCU upravljački modul (DSP), podatkovni komunikacijski modul, zaslon s tekućim kristalima (LCD). ), podatkovni komunikacijski modul, LCD zaslon, upravljanje ekranom osjetljivim na dodir, upravljanje napajanjem i baterijom te upravljanje tipkovnicom i nekoliko drugih dijelova.
Ulazni signal pretvara predpojačalo i podesivi krug pojačanja u ulazni napon koji zadovoljava zahtjeve A/D pretvarača. Digitalni signal koji pretvara A/D pretvarač pohranjuje u predmemoriju FPGA ili akvizicijska memorija FIFO, a zatim se prenosi na računalo kroz komunikacijsko sučelje za kasniju obradu podataka ili izravno kontrolira mikrokontroler koji će biti prikupljen i prikazan na LCD-u zaslon.
Referentni uređaji su sljedeći
U ovim dijelovima najvažniji je krug programiranog pojačanja (slabljenja) i krug A/D pretvorbe, jer su ova dva kruga grlo digitalnog osciloskopa, programirani krug pojačanja (slabljenja) određuje ulaznu propusnost osciloskopa i vertikalnu rezoluciju , A/D pretvorbeni krug određuje horizontalnu rezoluciju osciloskopa, koja izravno određuje performanse osciloskopa dviju rezolucija. Ova dva dijela kruga bit će mjereni signali u stražnjem dijelu kruga za obradu potrebnih za signal podataka, ovaj dio kruga može se koristiti u integriranim krugovima visokih performansi plus mali broj perifernih uređaja koji čine jednostavan dizajn kruga, otklanjanje pogrešaka također je vrlo jednostavno. Najteži dio osciloskopa trebala bi biti procedura, odnosno softver. Softver nosi sve zadatke obrade podataka i kontrole digitalnog osciloskopa, uključujući kontrolu A/D uzorkovanja, kontrolu horizontalne brzine prelaska, kontrolu vertikalne osjetljivosti, obradu prikaza, mjerenje od vrha do vrha, mjerenje frekvencije i druge zadatke. To se može realizirati korištenjem danas vrlo uobičajenog mikrokontrolera na tržištu kao mikroprocesora i programiranjem u C jeziku.
Programirani krug pojačanja (prigušenja) i krug napajanja
Signal se unosi iz zajedničke X10X1 osciloskopske sonde u krug pojačanja (prigušenja). Uloga programiranog kruga pojačanja (prigušenja) je pojačanje ili prigušivanje ulaznog signala za podešavanje, tako da napon izlaznog signala u zahtjevima ulaznog napona A/D pretvarača bude unutar raspona najboljeg mjerenja i opažanja, tako da programirani krug pojačala u navedenom propusnom opsegu mora biti ravan. Kako krug osciloskopa sadrži dva digitalna i analogna dva dijela, kako bi se izbjegle međusobne smetnje, digitalni dio napajanja i analogni dio napajanja odvojeno, kako bi se osigurao skup od ± 5 V DC napajanja i induktiviteta a kapacitet od filtarske izolacije
Flash memorija i sklop sata
Budući da A/D pretvarač hvata veliku količinu signalnih podataka, unutarnja flash memorija mikrokontrolera nije dovoljna za korištenje, tako da sklop može odabrati neku vanjsku memoriju za korištenje, ali i kao način za pisanje LCD-a. Flash memorija se također koristi kao predmemorija za upisivanje na LCD. Kako bi se dobio referentni taktni signal, mikrokontroler je također spojen na kristal, koji se koristi za izračunavanje stvarne frekvencije vanjskog valnog signala.
FPGA kontrolna jedinica
FPGA su polu-prilagođeni ASIC-ovi koji dizajnerima sklopova omogućuju programiranje vlastitih funkcija specifičnih za aplikaciju. Dizajn koristi dvije različite metode: shematski unos i VHDL unos. Upravljačka jedinica obavlja većinu zadataka upravljanja, dajući odgovarajuće upravljačke signale za svaki funkcionalni modul kako bi se osigurao ispravan rad cijelog sustava. Konkretno postizanje sljedećih funkcija: krug razdjelnika frekvencije i generiranje upravljačkih signala A/D pretvarača Sustav za prikupljanje podataka ima širok raspon mjerenja, krug razdjelnika frekvencije dizajniran je unutar FPGA za postizanje različitih frekvencija uzorkovanja za različite frekvencije izmjerenih signala kako bi se osiguralo da su prikupljeni podaci točniji. Jedinica za podjelu frekvencije implementirana je pomoću metode grafičkog unosa, a njezina unutarnja struktura prikazana je na slici 4. Na slici 4, upotreba T-okidača na ulazu je 1, svaki rub takta kada će izlaz skočiti da se postigne podjelu frekvencije . U isto vrijeme, možemo vidjeti da je ulaz T-flip-flopa sastavljen od nekih logičkih kombinacija, što čini zatvoreni sat. Za zatvorene satove, funkcija sata pažljivo se analizira kako bi se izbjegao učinak neravnina. Dok je zajamčeno da na signalu sata nema opasnih neravnina kada su ispunjena sljedeća dva uvjeta, zatvoreni sat može raditi jednako pouzdano kao i globalni sat.
Za dizajn A/D pretvarača, njegova upravljačka signala samo su dva: taktni ulazni signal CLK i omogući izlazni signal OE. CLK signal izravno preko aktivnog kristalnog ulaznog 60M signala, dok je OE signal kroz FPGA internu i CLK istu frekvenciju i istu fazu signala takta invertiran da bi se dobio, tako da se samo zadovolji pretvorba vremena A/D pretvarača odnosima.
A/D pretvorba velike brzine; strujni krug
Digitalni osciloskop u najvažnijem krugu je krug A/D pretvorbe, 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 izravno određuje digitalni osciloskop može se mjeriti na najvišoj frekvenciji, prema Nyquistovom teoremu, frekvencija 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 biti najmanje 5 do 8 puta veća od frekvencije signala koji se ispituje, inače se valni oblik signala ne može promatrati.
