Raqamli osiloskopning ishlash printsipi va tuzilishi
Raqamli osiloskop tizimining apparat qismi yuqori tezlikdagi ma'lumotlarni yig'ish elektron platasidir. U ikki kanalli ma'lumotlarni kiritishni amalga oshirishi mumkin va har bir kanalning namuna olish chastotasi 60 Mbit / s ga yetishi mumkin. Funktsional jihatdan apparat tizimini quyidagilarga bo'lish mumkin: signalning oldingi kuchaytirgichi (FET kirish kuchaytirgichi) va konditsioner moduli (o'zgaruvchan daromad kuchaytirgichi), yuqori tezlikdagi analogdan raqamliga o'tkazish moduli (ADC drayveri, ADC), FPGA mantiqiy boshqaruv moduli , soat taqsimoti, yuqori tezlikdagi taqqoslash protsessor, mikrokontroller boshqaruv moduli (DSP), ma'lumotlar aloqa moduli, LCD displey, sensorli ekranni boshqarish, quvvat va batareyani boshqarish va klaviaturani boshqarish.
Kirish signali oldindan kuchaytirgich va daromad sozlanishi sxemasi tomonidan aylantirilgandan so'ng, u A / D konvertorining talablariga javob beradigan kirish kuchlanishiga aylanadi. A/D konvertatsiyasidan so'ng raqamli signal FPGA yoki sotib olish xotirasida FIFO tomonidan buferlanadi va keyin aloqa interfeysi orqali o'tadi. U keyingi ma'lumotlarni qayta ishlash uchun kompyuterga uzatiladi yoki to'plangan signallar LCD displeyda ko'rsatish uchun to'g'ridan-to'g'ri mikrokontroller tomonidan boshqariladi.
Yo'naltiruvchi qurilmalar quyidagilar:
Bu qismlar orasida eng muhimlari dasturlashtiriladigan kuchaytirish (susaytirish) davri va A/D konversiya sxemasi hisoblanadi, chunki bu ikki sxema raqamli osiloskopning tomog'i bo'lib, dasturlashtiriladigan kuchaytirish (susaytirish) davri kirish o'tkazuvchanlik kengligi va vertikalligini aniqlaydi. osiloskopning o'lchamlari. , A / D konversiya sxemasi osiloskopning gorizontal o'lchamlarini aniqlaydi va bu ikki o'lcham to'g'ridan-to'g'ri osiloskopning ishlashini aniqlaydi. Devrenning bu ikki qismi o'lchangan signalni keyingi ishlov berish davri uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar signaliga aylantiradi. Sxemaning bu qismi yuqori samarali integral mikrosxemalar va kam sonli periferik qurilmalardan iborat bo'lishi mumkin. O'chirish dizayni oddiy va disk raskadrovka ham juda oddiy. Butun osiloskopning eng qiyin qismi dastur, ya'ni dasturiy ta'minot bo'lishi kerak. Dasturiy ta'minot raqamli osiloskopning barcha ma'lumotlarni qayta ishlash va nazorat qilish vazifalari, jumladan, A / D namuna olish nazorati, gorizontal supurish tezligini nazorat qilish, vertikal sezgirlikni boshqarish, displeyni qayta ishlash, tepadan cho'qqigacha o'lchash, chastotani o'lchash va boshqa vazifalar uchun javobgardir. Siz mikroprotsessor sifatida bozorda juda keng tarqalgan mikrokontrollerdan foydalanishingiz va uni amalga oshirish uchun C tilidagi dasturlashdan foydalanishingiz mumkin.
Dasturlashtiriladigan kuchaytirish (so'nish) davri va quvvat manbai davri
Signal umumiy X10X1 osiloskop probi tomonidan kiritiladi va kuchaytirish (susaytirish) pallasiga kiradi. Dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirish (so'nish) sxemasining vazifasi kirish signalini kuchaytirish yoki susaytirishdan iborat bo'lib, eng yaxshi o'lchash va kuzatish effektlariga erishish uchun chiqish signalining kuchlanishi A / D konvertorining kirish kuchlanish talablari oralig'ida bo'ladi. Shuning uchun, dastur tomonidan boshqariladigan kuchaytirgich sxemasi belgilangan tarmoqli kengligida ishlaydi. Ichidagi daromad tekis bo'lishi kerak. Osiloskop sxemasi raqamli va analogli ikkita qismdan iborat bo'lganligi sababli, o'zaro shovqinlarni oldini olish uchun raqamli qismning quvvat manbai va analog qismning quvvat manbai ajratiladi. ± 5V doimiy quvvat manbai mos ravishda taqdim etiladi va indüktörler va kondansatkichlardan iborat filtr bilan ajratiladi.
Fleshli xotira va soat sxemasi
A/D konvertor tomonidan olingan signal ma'lumotlarining miqdori katta bo'lganligi sababli, mikrokontroller ichidagi flesh xotira etarli emas, shuning uchun sxema ba'zi tashqi xotiradan foydalanishi mumkin.
Shu bilan birga, u LCD displeyga yozish uchun kesh sifatida ham ishlatiladi. Yo'naltiruvchi soat signalini olish uchun mikrokontroller tashqi to'lqin shaklidagi signalning haqiqiy chastotasini hisoblash uchun kristall osilatorga ham ulanadi.
FPGA boshqaruv bloki
Dasturlashtiriladigan mantiqiy qurilma FPGA yarim moslashtirilgan ASIC bo'lib, sxema dizaynerlariga dasturga xos funktsiyalarni amalga oshirish uchun o'zlarini dasturlash imkonini beradi. Ushbu dizayn sxematik kiritish va VHDL tilini kiritishning ikki xil usulidan foydalanadi. Boshqaruv bloki boshqaruv vazifalarining aksariyat qismini bajaradi va butun tizimning to'g'riligini ta'minlash uchun har bir funktsional modul uchun tegishli boshqaruv signallarini beradi. Xususan, u quyidagi funktsiyalarni amalga oshiradi: Chastotani bo'lish davri va A/D konvertori uchun boshqaruv signallarini ishlab chiqarish. Ushbu ma'lumotlarni yig'ish tizimi nisbatan keng o'lchov diapazoniga ega. Turli chastotalarga erishish uchun FPGA ichida chastotani bo'lish sxemasi ishlab chiqilgan. Aniqroq ma'lumotlarni to'plashni ta'minlash uchun o'lchangan signal uchun turli xil namuna olish chastotalarini tanlang. Chastotani bo'lish blokining ichki strukturasi diagrammasi 4-rasmda ko'rsatilganidek, grafik kiritish usuli yordamida amalga oshiriladi. 4-rasmda T flip-flopning kirishi 1 bo'lsa, chastotaga erishish uchun har bir soat chekkasi kelganda chiqish sakrab chiqadi. bo'linish. Shu bilan birga, biz T flip-flopning kirishi eshikli soatni tashkil etuvchi ba'zi mantiqiy kombinatsiyalardan iborat ekanligini ko'rishimiz mumkin. Darvozali soatlar uchun, nosozliklar ta'siridan qochish uchun soat funksiyasini diqqat bilan tahlil qiling. Darvozali soat quyidagi ikkita shartga javob bersa, u soat signalida xavfli nosozliklar bo'lmasligini ta'minlashi mumkin va eshikli soat global soat kabi ishonchli ishlashi mumkin.
Ushbu dizayndagi A/D konvertori uchun faqat ikkita nazorat signali mavjud: taktli kirish signali CLK va chiqish signalini yoqish. CLK signali to'g'ridan-to'g'ri faol kristall osilator orqali 60M signalni kiritadi, OE signali esa FPGA ichidagi CLK bilan bir xil chastota va fazaga ega bo'lgan soat signalini teskari o'zgartirish orqali olinadi, bu faqat A / D ning konvertatsiya qilish vaqti munosabatiga javob berishi mumkin. konvertor.
Yuqori tezlikda A/D konvertatsiyasi; sxema
Raqamli osiloskopdagi eng muhim sxema A/D konversiya sxemasi hisoblanadi. Uning vazifasi o'lchangan signalni namuna olish va raqamli signalga aylantirish va uni xotirada saqlashdir. Bu raqamli osiloskopning tomog'i deb aytish mubolag'a bo'lmaydi, chunki u raqamli osiloskop o'lchashi mumkin bo'lgan eng yuqori chastotani to'g'ridan-to'g'ri belgilaydi. Nyquist teoremasiga ko'ra, o'lchangan signalni takrorlash uchun namuna olish chastotasi o'lchangan signalning eng yuqori chastotasidan kamida ikki baravar ko'p bo'lishi kerak. Raqamli osiloskopda namuna olish chastotasi o'lchanadigan signalning chastotasidan kamida 5-8 marta bo'lishi kerak, aks holda signalning to'lqin shaklini umuman kuzatish mumkin emas.
