Dijital Osiloskop Çalışma Prensibi ve Yapısı
Elektronik teknolojisinin gelişmesi ve değişmesiyle birlikte, devre ölçüm gereksinimleri daha yüksek hale geldi; elektronik üretimde, bir mikrodenetleyicinin çıkış dalga biçiminin I / O bağlantı noktası veya gibi birçok parametrenin ölçümünün bir multimetrenin yetkin olamayacağını göreceksiniz. frekans tepkisini ölçmek için amplifikatörlerin üretimi vb. Bu nedenle osiloskoplar doğal olarak multimetrelerle aynıdır ve elektronik mühendisleri ve meraklıları için gerekli bir araç haline gelmiştir.
Çalışma prensibi ve yapıya giriş
Dijital osiloskop sisteminin donanım kısmı yüksek hızlı veri toplama kartıdır. Çift kanallı veri girişi elde edebilir, her örnekleme frekansı 60Mbit/s'ye ulaşabilir. İşlevsel olarak donanım sistemi şu parçalara ayrılabilir: sinyal ön uç amplifikasyonu (FET giriş amplifikatörü) ve koşullandırma modülü (değişken kazanç amplifikatörü), yüksek hızlı analogdan dijitale dönüştürücü modül (ADC sürücüsü, ADC), FPGA mantık kontrol modülü , saat dağıtımı, yüksek hızlı karşılaştırıcı, MCU kontrol modülü (DSP), veri iletişim modülü, sıvı kristal ekran (LCD). ), veri iletişim modülü, LCD ekran, dokunmatik ekran kontrolü, güç kaynağı ve pil yönetimi ve klavye kontrolü ve diğer birkaç parçadan oluşur.
Giriş sinyali, ön amplifikatör ve kazanç ayarlanabilir devresi tarafından A/D dönüştürücünün gereksinimlerini karşılayan bir giriş voltajına dönüştürülür. A/D dönüştürücü tarafından dönüştürülen dijital sinyal, FPGA veya toplama belleği FIFO tarafından önbelleğe alınır ve daha sonra sonraki veri işleme için iletişim arayüzü aracılığıyla bilgisayara iletilir veya doğrudan mikro denetleyici tarafından kontrol edilir, toplanacak ve LCD'de görüntülenecektir. ekran.
Referans cihazları aşağıdaki gibidir
Bu kısımlarda en önemlileri programlanmış amplifikasyon (zayıflama) devresi ve A/D dönüşüm devresidir, çünkü bu iki devre dijital osiloskobun boğazıdır, programlanmış amplifikasyon (zayıflama) devresi osiloskobun giriş bant genişliğini ve dikey çözünürlüğünü belirler. A/D dönüşüm devresi, osiloskobun yatay çözünürlüğünü belirler ve bu, osiloskobun iki çözünürlükteki performansını doğrudan belirler. Devrenin bu iki parçası, veri sinyali için gerekli olan işleme devresinin arkasına sinyalleri ölçecek, devrenin bu kısmı yüksek performanslı entegre devrelerde kullanılabilir ve ayrıca az sayıda çevresel cihaz basit bir devre tasarımı oluşturabilir, hata ayıklama da çok basittir. Osiloskopun en zor kısmı prosedür yani yazılım olmalıdır. Yazılım, A/D örnekleme kontrolü, yatay tarama hızı kontrolü, dikey hassasiyet kontrolü, ekran işleme, tepeden tepeye ölçüm, frekans ölçümü ve diğer görevler dahil olmak üzere dijital osiloskobun tüm veri işleme ve kontrol görevlerini üstlenir. Günümüzde piyasada çok yaygın olarak kullanılan bir mikrodenetleyicinin mikroişlemci olarak kullanılması ve C dilinde programlanması ile gerçekleştirilebilmektedir.
Programlanmış amplifikasyon (zayıflama) devresi ve güç kaynağı devresi
Sinyal, ortak bir X10X1 osiloskop probundan amplifikasyon (zayıflama) devresine girilir. Programlanan amplifikasyon (zayıflama) devresinin rolü, A/D dönüştürücünün giriş voltajı gereksinimlerindeki çıkış sinyali voltajının en iyi ölçüm ve gözlem aralığı dahilinde olmasını sağlayacak şekilde giriş sinyalini yükseltmek veya zayıflatmaktır. programlanan amplifikatör devresinde belirtilen bant genişliği kazancının düz olması gerekir. Osiloskop devresi, karşılıklı girişimi önlemek için dijital ve analog iki parça içerdiğinden, bir dizi ± 5V DC güç kaynağı ve endüktans sağlamak için güç kaynağının dijital kısmı ve güç kaynağının analog kısmı sırasıyla ayrı ayrıdır. ve filtre izolasyonundan yapılmış kapasitans
Flash bellek ve saat devresi
A/D dönüştürücü büyük miktarda sinyal verisi yakaladığından, mikro denetleyicinin dahili flash belleği kullanmak için yeterli değildir, bu nedenle devre, kullanmak için bazı harici bellekleri seçebilir, aynı zamanda LCD'ye yazmanın bir yolunu da seçebilir. Flash bellek aynı zamanda LCD'ye yazmak için önbellek olarak da kullanılır. Referans saat sinyalini almak için mikro denetleyici ayrıca harici dalga biçimi sinyalinin gerçek frekansını hesaplamak için kullanılan bir kristale bağlanır.
FPGA Kontrol Birimi
FPGA'ler, devre tasarımcılarının kendi uygulamaya özel işlevlerini programlamalarına olanak tanıyan yarı özel ASIC'lerdir. Tasarım iki farklı yöntem kullanıyor: şematik giriş ve VHDL girişi. Kontrol ünitesi, tüm sistemin doğru çalışmasını sağlamak amacıyla her fonksiyonel modül için uygun kontrol sinyallerini sağlayarak kontrol görevlerinin çoğunu gerçekleştirir. Özellikle aşağıdaki işlevleri gerçekleştirin: frekans bölücü devresi ve A/D dönüştürücü kontrol sinyalleri oluşturun Veri toplama sistemi geniş bir ölçüm aralığına sahiptir; ölçülen sinyallerin farklı frekansları için farklı örnekleme frekansları elde etmek amacıyla FPGA içinde bir frekans bölücü devresi tasarlanmıştır. Toplanan verilerin daha doğru olduğunu. Frekans bölme ünitesi grafiksel giriş yöntemi kullanılarak uygulanmıştır ve iç yapısı Şekil 4'te gösterilmektedir. Şekil 4'te girişte T-tetikleme kullanımı 1'dir, her saat kenarı çıkışta frekans bölmesini elde etmek için atlayacaktır . Aynı zamanda T-flip-flop'un girişinin bazı mantıksal kombinasyonlardan oluştuğunu ve kapılı saati oluşturduğunu da görebiliriz. Geçitli saatlerde çapakların etkisini önlemek için saat fonksiyonu dikkatlice analiz edilir. Aşağıdaki iki koşul karşılandığında kapılı saatin saat sinyalinde tehlikeli çapaklardan arınmış olması garanti edilirken, kapılı saat küresel saat kadar güvenilir bir şekilde çalışabilir.
A/D dönüştürücünün tasarımı için, kontrol sinyali yalnızca ikidir: saat giriş sinyali CLK ve çıkış sinyali OE'yi etkinleştirir. CLK sinyali doğrudan aktif kristal giriş 60M sinyali üzerinden, OE sinyali ise dahili FPGA ve CLK aracılığıyla aynı frekansta ve saat sinyalinin aynı fazında ters çevrilerek elde edilir, böylece sadece A/D dönüştürücü zamanlamasının dönüşümünü karşılamak için ilişkiler.
Yüksek hızlı A/D dönüşümü; devre
Dijital osiloskop en önemli devre A/D dönüşüm devresidir, rolü sinyal örneklemeyi ölçmek ve dijital sinyallere belleğe dönüştürmektir, dijital osiloskop boğazı çok fazla değildir, çünkü dijital osiloskopu doğrudan belirler Nyquist Teoremine göre, ölçülen sinyali yeniden üretmek için ölçülecek sinyalin en yüksek frekansının en az 2 katı örnekleme frekansı olan en yüksek frekansta ölçülebilmektedir. Dijital osiloskoplarda örnekleme frekansı, test edilen sinyalin frekansının en az 5 ila 8 katı olmalıdır, aksi takdirde sinyal dalga formu gözlemlenemez.
