Raqamli osiloskopning ishlash printsipi va tuzilishi
Elektron texnologiyalarning rivojlanishi va o'zgarishi bilan elektron o'lchov talablari yuqori bo'ldi, elektron ishlab chiqarishda ko'p parametrlarni o'lchash multimetrning vakolatli emasligini topadi, masalan, chiqish to'lqin shaklidagi mikrokontroller I / U porti yoki uning chastotali javobini o'lchash uchun kuchaytirgichlar ishlab chiqarish va boshqalar. Shu sababli, osiloskoplar tabiiy ravishda multimetrlar bilan bir xil bo'lib, elektron muhandislar va ishqibozlar uchun zarur vositaga aylandi.
Ish printsipi va tuzilishi bilan tanishish
Raqamli osiloskop tizimining apparat qismi yuqori tezlikdagi ma'lumotlarni yig'ish taxtasidir. Ikki kanalli ma'lumotlarni kiritishga erishish mumkin, har bir 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 analog-raqamli konvertor moduli (ADC drayveri, ADC), FPGA mantiqiy boshqaruv moduli , soat taqsimoti, yuqori tezlikdagi komparator, MCU boshqaruv moduli (DSP), ma'lumotlar uzatish moduli, suyuq kristalli displey (LCD). ), ma'lumotlar uzatish moduli, LCD displey, sensorli ekranni boshqarish, quvvat manbai va batareyani boshqarish va klaviaturani boshqarish va boshqa bir qancha qismlar.
Kirish signali oldindan kuchaytirgich va daromad sozlanishi sxemasi tomonidan A / D konvertorining talablariga javob beradigan kirish kuchlanishiga aylantiriladi. A/D konvertori tomonidan o'zgartirilgan raqamli signal FPGA yoki qabul qilish xotirasi FIFO tomonidan keshlanadi va keyin ma'lumotlarni qayta ishlash uchun aloqa interfeysi orqali kompyuterga uzatiladi yoki to'g'ridan-to'g'ri mikrokontroller tomonidan boshqariladi va LCD displeyda ko'rsatiladi. ekran.
Yo'naltiruvchi qurilmalar quyidagilar
Bu qismlarda eng muhimi dasturlashtirilgan kuchaytirish (susaytirish) davri va A/D konversiya sxemasi, chunki bu ikki sxema raqamli osiloskopning tomog'i bo'lib, dasturlashtirilgan kuchaytirish (susaytirish) sxemasi osiloskopning kirish o'tkazish qobiliyatini va vertikal o'lchamlarini aniqlaydi. , A / D konvertatsiya qilish davri osiloskopning gorizontal o'lchamlarini aniqlaydi, bu to'g'ridan-to'g'ri ikkita rezolyutsiyaning osiloskopining ishlashini aniqlaydi. O'chirishning ushbu ikki qismi ma'lumotlar uzatish uchun zarur bo'lgan ishlov berish pallasining orqa qismidagi signallarni o'lchaydi, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismi yuqori samarali integral mikrosxemalarda ishlatilishi mumkin, shuningdek, oddiy sxema dizaynini tashkil etadigan oz sonli periferik qurilmalar, disk raskadrovka ham juda oddiy. Osiloskopning eng qiyin qismi protsedura, ya'ni dasturiy ta'minot bo'lishi kerak. Dasturiy ta'minot raqamli osiloskopning barcha ma'lumotlarni qayta ishlash va boshqarish vazifalarini o'z zimmasiga oladi, shu 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. Buni bugungi kunda bozorda mikroprotsessor va C tilida dasturlash sifatida juda keng tarqalgan mikrokontroller yordamida amalga oshirish mumkin.
Dasturlashtirilgan kuchaytirish (so'nish) sxemasi va quvvat manbai davri
Signal keng tarqalgan X10X1 osiloskop probidan kuchaytirish (so'nish) pallasiga kiritiladi. Dasturlashtirilgan kuchaytirish (susaytirish) davrining roli sozlash uchun kirish signalini kuchaytirish yoki susaytirishdan iborat bo'lib, A / D konvertorining kirish kuchlanish talablaridagi chiqish signali kuchlanishi eng yaxshi o'lchash va kuzatish oralig'ida, shuning uchun belgilangan tarmoqli kengligi daromadida dasturlashtirilgan kuchaytirgich davri tekis bo'lishi kerak. Osiloskop pallasida o'zaro shovqinlarni oldini olish uchun raqamli va analog ikkita qism mavjud bo'lganligi sababli, elektr ta'minotining raqamli qismi va quvvat manbaining analog qismi mos ravishda ± 5V DC quvvat manbai va indüktans to'plamini ta'minlaydi. va filtr izolyatsiyasidan qilingan sig'im
Fleshli xotira va soat sxemasi
A / D konvertori katta hajmdagi signal ma'lumotlarini ushlaganligi sababli, mikrokontrollerning ichki flesh xotirasi foydalanish uchun etarli emas, shuning uchun sxema foydalanish uchun ba'zi tashqi xotirani tanlashi mumkin, shuningdek, LCD yozish usuli sifatida. Fleshli xotira LCD displeyni yozish uchun kesh sifatida ham ishlatiladi. Yo'naltiruvchi soat signalini olish uchun mikrokontroller tashqi to'lqin shaklidagi signalning haqiqiy chastotasini hisoblash uchun ishlatiladigan kristallga ham ulanadi.
FPGA boshqaruv bloki
FPGA'lar yarim moslashtirilgan ASIC'lar bo'lib, ular sxema dizaynerlariga o'zlarining ilovalarga xos funktsiyalarini dasturlash imkonini beradi. Dizayn ikki xil usuldan foydalanadi: sxematik kiritish va VHDL kiritish. Boshqaruv bloki butun tizimning to'g'ri ishlashini ta'minlash uchun har bir funktsional modul uchun tegishli boshqaruv signallarini ta'minlab, boshqaruv vazifalarining aksariyat qismini bajaradi. Xususan, quyidagi funktsiyalarga erishing: chastota bo'luvchi sxemasi va A / D konvertorining boshqaruv signallarini yaratish Ma'lumotlarni yig'ish tizimi keng o'lchov diapazoniga ega, chastotani ajratuvchi sxema FPGA ichida o'lchangan signallarning turli chastotalari uchun turli xil namuna olish chastotalariga erishish uchun mo'ljallangan. to'plangan ma'lumotlarning aniqroq ekanligi. Chastotani taqsimlash birligi grafik kiritish usuli yordamida amalga oshiriladi va uning ichki tuzilishi 4-rasmda ko'rsatilgan. 4-rasmda kirishda T-triggerdan foydalanish 1, chastota bo'linishiga erishish uchun chiqish sakrab o'tganda har bir soat chekkasi. . Shu bilan birga, biz T-flip-flopning kirishi eshikli soatni tashkil etuvchi ba'zi mantiqiy kombinatsiyalardan iborat ekanligini ko'rishimiz mumkin. Darvozali soatlar uchun soat funktsiyasi burrs ta'siridan qochish uchun diqqat bilan tahlil qilinadi. Quyidagi ikkita shart bajarilganda, shlyuzli soat soat signalida xavfli burmalar bo'lmasligi kafolatlangan bo'lsa-da, eshikli soat global soat kabi ishonchli ishlashi mumkin.
A/D konvertorining dizayni uchun uning boshqaruv signali faqat ikkita: soat kirish signali CLK va OE chiqish signalini yoqing. CLK signali to'g'ridan-to'g'ri faol kristalli kirish 60M signali orqali, FPGA ichki va CLK orqali OE signali bir xil chastota va soat signalining bir xil fazasini olish uchun teskari bo'ladi, shuning uchun faqat A/D konvertor vaqtini konvertatsiya qilish uchun javob beradi. munosabatlar.
Yuqori tezlikda A/D konvertatsiyasi; sxema
Eng muhim pallada raqamli osiloskop A / D konvertatsiya davri bo'lib, uning roli signal namunasini o'lchash va raqamli signallarga xotiraga aylantirishdir, dedi u raqamli osiloskop tomoq juda ko'p emas, chunki u raqamli osiloskopni bevosita aniqlaydi. eng yuqori chastotada o'lchanishi mumkin, Nyquist teoremasiga ko'ra, o'lchanadigan signalni takrorlash uchun o'lchanadigan signalning eng yuqori chastotasidan kamida 2 marta namuna olish chastotasi. Raqamli osiloskoplarda namuna olish chastotasi sinovdan o'tkazilayotgan signalning chastotasidan kamida 5-8 marta bo'lishi kerak, aks holda signal to'lqin shaklini kuzatish mumkin emas.
