Digitalt oscilloskops arbejdsprincip og -struktur
Med udviklingen af elektronisk teknologi og forandring er kredsløbsmålingskravene blevet højere, i den elektroniske produktion vil opdage, at måling af mange parametre ikke er et multimeter kan være kompetent, såsom en mikrocontroller I / O-port af outputbølgeformen eller produktion af forstærkere til at måle dens frekvensgang og så videre. Derfor er oscilloskoper naturligvis det samme som multimetre, og er blevet et nødvendigt værktøj for elektroniske ingeniører og entusiaster.
Arbejdsprincip og struktur introduktion
Hardwaredelen af det digitale oscilloskopsystem er et højhastighedsdataindsamlingskort. Det kan opnå dual-channel datainput, hver samplingsfrekvens kan nå 60Mbit/s. Funktionelt kan hardwaresystemet opdeles i: signal front-end forstærkning (FET input forstærker) og konditioneringsmodul (variable gain forstærker), højhastigheds analog-til-digital konverter modul (ADC driver, ADC), FPGA logik kontrolmodul , urfordeling, højhastighedskomparator, MCU kontrolmodul (DSP), datakommunikationsmodul, flydende krystaldisplay (LCD). ), datakommunikationsmodul, LCD-display, touchskærmskontrol, strømforsyning og batteristyring og tastaturkontrol og flere andre dele.
Indgangssignalet konverteres af forforstærkeren og det justerbare kredsløb til en indgangsspænding, der opfylder kravene til A/D-konverteren. Det digitale signal, der konverteres af A/D-konverteren, cachelagres af FPGA'en eller akkvisitionshukommelsen FIFO og transmitteres derefter til computeren gennem kommunikationsgrænsefladen til efterfølgende databehandling, eller direkte styret af mikrocontrolleren vil blive indsamlet og vist på LCD'et skærmen.
Referenceanordninger er som følger
I disse dele er det vigtigste det programmerede forstærknings- (dæmpnings-) kredsløb og A/D-konverteringskredsløbet, fordi disse to kredsløb er halsen på det digitale oscilloskop, det programmerede forstærknings- (dæmpnings-) kredsløb bestemmer oscilloskopets inputbåndbredde og vertikale opløsning , A/D-konverteringskredsløb bestemmer oscilloskopets horisontale opløsning, som direkte bestemmer ydeevnen af oscilloskopet af de to opløsninger. Disse to dele af kredsløbet vil blive målt signaler på bagsiden af det behandlingskredsløb, der kræves til datasignalet, denne del af kredsløbet kan bruges i højtydende integrerede kredsløb plus et lille antal perifere enheder udgør et simpelt kredsløbsdesign, fejlretning er også meget enkel. Den sværeste del af oscilloskopet bør være proceduren, det vil sige softwaren. Softwaren bærer alle det digitale oscilloskops databehandlings- og kontrolopgaver, inklusive A/D-samplingkontrol, horisontal sweephastighedskontrol, vertikal følsomhedskontrol, displaybehandling, peak-to-peak måling, frekvensmåling og andre opgaver. Det kan realiseres ved at bruge en meget almindelig mikrocontroller på markedet i dag som mikroprocessor og programmering i C-sprog.
Programmeret forstærknings- (dæmpnings-) kredsløb og strømforsyningskredsløb
Signalet indlæses fra en fælles X10X1 oscilloskopsonde ind i forstærknings (dæmpnings) kredsløbet. Rollen af det programmerede forstærknings (dæmpnings) kredsløb er at forstærke eller dæmpe indgangssignalet for at justere, således at udgangssignalspændingen i A/D-konverterens indgangsspændingskrav inden for området for den bedste måling og observation, så programmeret forstærkerkredsløb i den angivne båndbreddeforstærkning skal være fladt. Da oscilloskopkredsløbet indeholder digitale og analoge to dele, for at undgå gensidig interferens, så den digitale del af strømforsyningen og den analoge del af strømforsyningen separat, henholdsvis for at give et sæt af ± 5V DC strømforsyning og induktans og kapacitans lavet af filterisolering
Flash-hukommelse og urkredsløb
Fordi A/D-konverteren fanger en stor mængde signaldata, er mikrocontrollerens interne flashhukommelse ikke nok til at bruge, så kredsløbet kan vælge en ekstern hukommelse at bruge, men også som en måde at skrive LCD'et på. Flash-hukommelsen bruges også som cache til at skrive LCD-skærmen. For at få referenceklokkesignalet er mikrocontrolleren også forbundet med en krystal, som bruges til at beregne den faktiske frekvens af det eksterne bølgeformsignal.
FPGA kontrolenhed
FPGA'er er semi-brugerdefinerede ASIC'er, der giver kredsløbsdesignere mulighed for at programmere deres egne applikationsspecifikke funktioner. Designet bruger to forskellige metoder: skematisk input og VHDL input. Styreenheden udfører de fleste af kontrolopgaverne og leverer de passende styresignaler for hvert funktionsmodul for at sikre den korrekte drift af hele systemet. Opnå specifikt følgende funktioner: frekvensdelerkredsløb og generering af A/D-konverterstyresignaler Dataopsamlingssystemet har et bredt måleområde, et frekvensdelerkredsløb er designet inde i FPGA for at opnå forskellige samplingsfrekvenser for forskellige frekvenser af de målte signaler for at sikre at de indsamlede data er mere nøjagtige. Frekvensdelingsenheden er implementeret ved hjælp af den grafiske inputmetode, og dens interne struktur er vist i figur 4. I figur 4 er brugen af T-trigger i inputtet 1, hver urflanke, når outputtet vil springe for at opnå frekvensdelingen . Samtidig kan vi se, at T-flip-flops input er sammensat af nogle logiske kombinationer, som udgør det gatede ur. For gatede ure er urfunktionen nøje analyseret for at undgå effekten af grater. Mens gated-uret med garanti er fri for farlige grater på ursignalet, når følgende to betingelser er opfyldt, kan gated-uret fungere lige så pålideligt som det globale ur.
Til designet af A/D-konverteren er dens styresignal kun to: clock-indgangssignal CLK og aktivér udgangssignalet OE. CLK signal direkte gennem den aktive krystal input 60M signal, mens OE signal gennem FPGA interne og CLK den samme frekvens og samme fase af clock signalet inverteret for at få, så det bare for at opfylde konverteringen af A/D konverter timing relationer.
Højhastigheds A/D-konvertering; kredsløb
Digitalt oscilloskop i det vigtigste kredsløb er A/D-konverteringskredsløbet, dets rolle er at blive målt signalsampling og konverteret til digitale signaler i hukommelsen, sagde, at det er et digitalt oscilloskop, halsen er ikke for meget, fordi det direkte bestemmer det digitale oscilloskop kan måles ved den højeste frekvens, ifølge Nyquist Theorem, samplingsfrekvensen på mindst 2 gange den højeste frekvens af det signal, der skal måles for at gengive det signal, der måles. I digitale oscilloskoper bør samplingsfrekvensen være mindst 5 til 8 gange frekvensen af signalet under test, ellers kan signalbølgeformen ikke observeres.
