Digitaalisen oskilloskoopin toimintaperiaate ja rakenne
Digitaalisen oskilloskooppijärjestelmän laitteistoosa on nopea tiedonkeruupiirilevy. Se voi toteuttaa kaksikanavaisen tiedonsyötön, ja kunkin kanavan näytteenottotaajuus voi olla 60 Mbit/s. Toiminnallisesti laitteistojärjestelmä voidaan jakaa: signaalin etupään vahvistus (FET-tulovahvistin) ja ilmastointimoduuli (muuttuva vahvistusvahvistin), nopea analogia-digitaalimuunnosmoduuli (ADC-ohjain, ADC), FPGA-logiikkaohjausmoduuli. , kellonjako, nopea vertailuprosessori, mikro-ohjaimen ohjausmoduuli (DSP), tietoliikennemoduuli, LCD-näyttö, kosketusnäytön ohjaus, virran ja akun hallinta sekä näppäimistön ohjaus.
Kun tulosignaali on muunnettu esivahvistimella ja vahvistuksella säädettävällä piirillä, siitä tulee tulojännite, joka täyttää A/D-muuntimen vaatimukset. FIFO puskuroi digitaalisen signaalin A/D-muunnoksen jälkeen FPGA- tai hankintamuistiin ja kulkee sitten tietoliikennerajapinnan läpi. Se siirretään tietokoneelle myöhempää tietojenkäsittelyä varten, tai kerätyt signaalit ohjataan suoraan mikro-ohjaimella näytettäväksi LCD-näytöllä.
Viitelaitteet ovat seuraavat:
Näistä osista tärkeimmät ovat ohjelmoitava vahvistus (vaimennus) piiri ja A/D-muunnospiiri, koska nämä kaksi piiriä ovat digitaalisen oskilloskoopin kurkku ja ohjelmoitava vahvistus (vaimennus) piiri määrittää tulokaistanleveyden ja pystysuoran. oskilloskoopin resoluutio. , A/D-muunnospiiri määrittää oskilloskoopin vaakasuuntaisen resoluution, ja nämä kaksi resoluutiota määrittävät suoraan oskilloskoopin suorituskyvyn. Nämä kaksi piirin osaa muuntaa mitatun signaalin myöhemmän käsittelypiirin vaatimaksi datasignaaliksi. Tämä piirin osa voi koostua korkean suorituskyvyn integroiduista piireistä ja pienestä määrästä oheislaitteita. Piirisuunnittelu on yksinkertainen ja virheenkorjaus on myös hyvin yksinkertaista. Koko oskilloskoopin vaikein osa tulee olla ohjelma, eli ohjelmistonäkökohta. Ohjelmisto vastaa kaikista digitaalisen oskilloskoopin tietojenkäsittely- ja ohjaustehtävistä, mukaan lukien A/D-näytteenoton ohjaus, vaakapyyhkäisynopeuden ohjaus, pystysuuntaisen herkkyyden säätö, näytön käsittely, huipusta huippuun -mittaus, taajuuden mittaus ja muut tehtävät. Voit käyttää markkinoilla hyvin yleistä mikro-ohjainta mikroprosessorina ja käyttää sen toteuttamiseen C-kieliohjelmointia.
Ohjelmoitava vahvistus (vaimennus) piiri ja virtalähdepiiri
Signaali syötetään tavallisella X10X1-oskilloskooppimittapäällä ja se tulee vahvistuspiiriin (vaimennus). Ohjelmaohjatun vahvistus- (vaimennus) piirin tehtävänä on vahvistaa tai vaimentaa tulosignaalia niin, että lähtösignaalin jännite on A/D-muuntimen tulojännitteen vaatimusalueella, jotta saavutetaan parhaat mittaus- ja havaintovaikutukset. Siksi ohjelmaohjattu vahvistinpiiri toimii määritetyllä kaistanleveydellä. Sisäisen vahvistuksen on oltava tasainen. Koska oskilloskooppipiirissä on kaksi osaa, digitaalinen ja analoginen, keskinäisten häiriöiden välttämiseksi digitaalisen osan teholähde ja analogisen osan teholähde on erotettu toisistaan. Mukana on ±5 V DC-virtalähde, joka on eristetty keloista ja kondensaattoreista valmistetulla suodattimella.
Flash-muisti ja kellopiiri
Koska A/D-muuntimen sieppaaman signaalidatan määrä on suuri, mikrokontrollerin sisällä oleva flash-muisti ei riitä, joten piiri voi käyttää ulkoista muistia.
Samalla sitä käytetään myös välimuistina LCD-näytölle kirjoittamiseen. Referenssikellosignaalin saamiseksi mikro-ohjain liitetään myös kideoskillaattoriin ulkoisen aaltomuotosignaalin todellisen taajuuden laskemiseksi.
FPGA ohjausyksikkö
Ohjelmoitava logiikkalaite FPGA on puoliksi räätälöity ASIC, jonka avulla piirisuunnittelijat voivat ohjelmoida itsensä toteuttamaan sovelluskohtaisia toimintoja. Tämä suunnittelu käyttää kahta erilaista kaavamaisen syöttötavan ja VHDL-kielen syöttötapaa. Ohjausyksikkö hoitaa suurimman osan ohjaustehtävistä ja antaa kullekin toiminnalliselle moduulille vastaavat ohjaussignaalit koko järjestelmän oikeellisuuden varmistamiseksi. Erityisesti se toteuttaa seuraavat toiminnot: Taajuudenjakopiiri ja ohjaussignaalien generointi A/D-muuntimelle. Tällä tiedonkeruujärjestelmällä on suhteellisen laaja mittausalue. FPGA:n sisään on suunniteltu taajuudenjakopiiri eri taajuuksien saavuttamiseksi. Valitse mitatulle signaalille eri näytteenottotaajuudet varmistaaksesi tarkemman tiedonkeruun. Taajuudenjakoyksikön sisäinen rakennekaavio on toteutettu graafisella syöttömenetelmällä kuvan 4 mukaisesti. Kuvassa 4, kun T-kiikun tulo on 1, lähtö hyppää jokaisen kellon reunan saapuessa saavuttamaan taajuuden. jako. Samalla voimme nähdä, että T-kiikun tulo koostuu joistakin loogisista yhdistelmistä, jotka muodostavat avainnetun kellon. Aidatulla kellolla analysoi kellotoiminto huolellisesti välttääksesi häiriöiden vaikutukset. Kun portitettu kello täyttää seuraavat kaksi ehtoa, se voi varmistaa, että kellosignaalissa ei ole vaarallisia häiriöitä ja portitettu kello voi toimia yhtä luotettavasti kuin globaali kello.
Tämän mallin A/D-muuntimessa on vain kaksi ohjaussignaalia: kellon tulosignaali CLK ja aktivointilähtösignaali OE. CLK-signaali syöttää suoraan 60M signaalin aktiivisen kideoskillaattorin kautta, kun taas OE-signaali saadaan kääntämällä kellosignaali samalla taajuudella ja vaiheella kuin CLK FPGA:n sisällä, mikä voi vain täyttää A/D:n muunnosajoitussuhteen. muunnin.
Nopea A/D-muunnos; piiri
Digitaalisen oskilloskoopin tärkein piiri on A/D-muunnospiiri. Sen tehtävänä on ottaa näyte ja muuntaa mitattu signaali digitaaliseksi signaaliksi ja tallentaa se muistiin. Ei ole liioittelua sanoa, että se on digitaalisen oskilloskoopin kurkku, koska se määrittää suoraan korkeimman taajuuden, jonka digitaalinen oskilloskooppi voi mitata. Nyquistin lauseen mukaan näytteenottotaajuuden on oltava vähintään kaksi kertaa mitatun signaalin korkein taajuus, jotta mitattu signaali toistuisi. Digitaalisessa oskilloskoopissa näytteenottotaajuuden tulee olla vähintään 5-8 kertaa mitattavan signaalin taajuus, muuten signaalin aaltomuotoa ei voida havaita ollenkaan.
