עיקרון ומבנה העבודה של אוסילוסקופ דיגיטלי
עם התפתחות הטכנולוגיה האלקטרונית ושינוי, דרישות מדידת המעגל הפכו גבוהות יותר, בייצור אלקטרוני ימצאו כי המדידה של פרמטרים רבים היא לא מולטימטר יכול להיות מוכשר, כגון מיקרו-בקר I / O יציאת צורת גל פלט או ייצור מגברים למדידת תגובת התדר שלו וכן הלאה. לכן, אוסילוסקופים זהים באופן טבעי למולטימטרים, והפכו לכלי הכרחי עבור מהנדסים וחובבי אלקטרוניקה.
מבוא לעקרון עבודה ומבנה
חלק החומרה של מערכת האוסילוסקופ הדיגיטלי הוא לוח רכישת נתונים במהירות גבוהה. זה יכול להשיג קלט נתונים דו-ערוצי, כל תדר דגימה יכול להגיע ל-60Mbit/s. מבחינה פונקציונלית, ניתן לחלק את מערכת החומרה ל: הגברת חזית אות (מגבר כניסת FET) ומודול מיזוג (מגבר רווח משתנה), מודול ממיר אנלוגי-דיגיטלי במהירות גבוהה (מנהל התקן ADC, ADC), מודול בקרת לוגיקה FPGA , הפצת שעון, השוואת מהירות גבוהה, מודול בקרת MCU (DSP), מודול תקשורת נתונים, תצוגת גביש נוזלי (LCD). ), מודול תקשורת נתונים, תצוגת LCD, בקרת מסך מגע, ניהול אספקת חשמל וסוללה ושליטה במקלדת ועוד כמה חלקים.
אות הכניסה מומר על ידי הקדם מגבר ומעגל מתכוונן להגבר למתח כניסה העונה על הדרישות של ממיר A/D. האות הדיגיטלי המומר על ידי ממיר ה-A/D נשמר במטמון על ידי ה-FPGA או זיכרון הרכישה FIFO, ולאחר מכן מועבר למחשב דרך ממשק התקשורת לעיבוד נתונים לאחר מכן, או נשלט ישירות על ידי המיקרו-בקר ייאסף ויוצג על ה-LCD מָסָך.
התקני התייחסות הם כדלקמן
בחלקים אלה, החשוב ביותר הוא מעגל ההגברה (הנחתה) המתוכנת ומעגל ההמרה A/D, מכיוון ששני המעגלים הללו הם הגרון של האוסילוסקופ הדיגיטלי, מעגל ההגברה (הנחתה) המתוכנת קובע את רוחב הפס הקלט של האוסילוסקופ והרזולוציה האנכית. , מעגל המרת A/D קובע את הרזולוציה האופקית של האוסילוסקופ, אשר קובעת ישירות את הביצועים של האוסילוסקופ של שתי הרזולוציות. שני חלקים אלו של המעגל יימדדו אותות בחלק האחורי של מעגל העיבוד הנדרש לאות הנתונים, חלק זה של המעגל יכול לשמש במעגלים משולבים בעלי ביצועים גבוהים בתוספת מספר קטן של התקנים היקפיים מהווים תכנון מעגל פשוט, איתור באגים הוא גם מאוד פשוט. החלק הקשה ביותר של האוסילוסקופ צריך להיות ההליך, כלומר, התוכנה. התוכנה נושאת את כל משימות עיבוד הנתונים והבקרה של האוסילוסקופ הדיגיטלי, לרבות בקרת דגימת A/D, בקרת מהירות סוויפ אופקית, בקרת רגישות אנכית, עיבוד תצוגה, מדידת שיא לשיא, מדידת תדר ומשימות נוספות. ניתן לממש זאת על ידי שימוש במיקרו-בקר נפוץ מאוד בשוק כיום כמיקרו-מעבד ותכנות בשפת C.
מעגל הגברה (הנחתה) ומעגל אספקת חשמל מתוכנת
האות מוקלט מגששת אוסצילוסקופ רגילה X10X1 לתוך מעגל ההגברה (הנחתה). תפקידו של מעגל ההגברה (ההנחתה) המתוכנת הוא להגביר או להחליש את אות הכניסה כדי להתאים, כך שמתח אות המוצא בדרישות מתח הכניסה של ממיר ה-A/D בטווח המדידה והתצפית הטובים ביותר, כך ש מעגל מגבר מתוכנת בהגבר רוחב הפס שצוין חייב להיות שטוח. מכיוון שמעגל האוסילוסקופ מכיל שני חלקים דיגיטליים ואנלוגיים, על מנת למנוע הפרעות הדדיות, כך החלק הדיגיטלי של ספק הכוח והחלק האנלוגי של ספק הכוח בנפרד, בהתאמה, כדי לספק סט של ספק כוח ± 5V DC, והשראות וקיבול עשוי בידוד מסנן
זיכרון פלאש ומעגל שעון
מכיוון שממיר ה-A/D לוכד כמות גדולה של נתוני אותות, זיכרון הפלאש הפנימי של המיקרו-בקר אינו מספיק לשימוש, כך שהמעגל יכול לבחור זיכרון חיצוני כלשהו לשימוש, אלא גם כדרך לכתיבת ה-LCD. זיכרון הפלאש משמש גם כמטמון לכתיבת ה-LCD. על מנת לקבל את אות השעון הייחוס, המיקרו-בקר מחובר גם לקריסטל, המשמש לחישוב התדר בפועל של אות צורת הגל החיצוני.
יחידת בקרה FPGA
FPGAs הם ASIC חצי מותאמים אישית המאפשרים למתכנני מעגלים לתכנת פונקציות ספציפיות ליישום משלהם. התכנון משתמש בשתי שיטות שונות: קלט סכמטי וקלט VHDL. יחידת הבקרה מבצעת את רוב משימות הבקרה, ומספקת את אותות הבקרה המתאימים לכל מודול תפקודי כדי להבטיח את הפעולה הנכונה של המערכת כולה. השג באופן ספציפי את הפונקציות הבאות: מעגל מחלק תדרים ויצירת אותות בקרת ממיר A/D למערכת רכישת הנתונים טווח מדידה רחב, מעגל מחלק תדרים מתוכנן בתוך ה-FPGA כדי להשיג תדרי דגימה שונים עבור תדרים שונים של האותות הנמדדים כדי להבטיח שהנתונים שנאספו מדויקים יותר. יחידת חלוקת התדר מיושמת בשיטת הקלט הגרפי והמבנה הפנימי שלה מוצג באיור 4. באיור 4, השימוש ב-T-trigger בקלט הוא 1, כל קצה שעון כאשר הפלט יקפוץ להשגת חלוקת התדרים . יחד עם זאת, אנו יכולים לראות שהקלט של כפכפי ה-T מורכב מכמה שילובים לוגיים, המהווים את השעון המגודר. עבור שעונים מגודרים, פונקציית השעון מנותחת בקפידה כדי למנוע את השפעת הקוצים. בעוד שהשעון המגודר מובטח נקי מקומטים מסוכנים על אות השעון כאשר שני התנאים הבאים מתקיימים, השעון המגודר יכול לעבוד בצורה מהימנה כמו השעון העולמי.
עבור העיצוב של ממיר A/D, אות הבקרה שלו רק שניים: אות קלט שעון CLK ואפשר את אות המוצא OE. אות CLK ישירות דרך אות הקריסטל הפעיל 60M אות, בעוד האות OE דרך FPGA פנימי ו-CLK את אותו תדר ואותו שלב של אות השעון הפוך כדי לקבל, כך שרק כדי לעמוד בהמרה של תזמון ממיר A/D יחסים.
המרת A/D במהירות גבוהה; מעגל חשמלי
אוסילוסקופ דיגיטלי במעגל החשוב ביותר הוא מעגל המרה A/D, תפקידו הוא להימדד דגימת אותות ולהמיר אותות דיגיטליים לזיכרון, אמר שזה אוסילוסקופ דיגיטלי הגרון הוא לא יותר מדי, כי זה קובע ישירות את האוסילוסקופ הדיגיטלי ניתן למדוד בתדר הגבוה ביותר, לפי משפט Nyquist, תדר הדגימה של לפחות פי 2 מהתדר הגבוה ביותר של האות שיש למדוד על מנת לשחזר את האות הנמדד. באוסילוסקופים דיגיטליים, תדירות הדגימה צריכה להיות לפחות פי 5 עד 8 מהתדר של האות הנבדק, אחרת לא ניתן לצפות בצורת גל האות.
