Prinsip dan Struktur Kerja Osiloskop Digital
Dengan perkembangan dan perubahan teknologi elektronik, persyaratan pengukuran rangkaian menjadi lebih tinggi, dalam produksi elektronik akan ditemukan bahwa pengukuran banyak parameter tidak dapat dilakukan oleh multimeter, seperti port I / O mikrokontroler dari bentuk gelombang keluaran atau produksi amplifier untuk mengukur respons frekuensinya dan sebagainya. Oleh karena itu, osiloskop secara alami sama dengan multimeter, dan telah menjadi alat yang diperlukan bagi para insinyur dan penggemar elektronik.
Prinsip kerja dan pengenalan struktur
Bagian perangkat keras dari sistem osiloskop digital adalah papan akuisisi data berkecepatan tinggi. Ini dapat mencapai input data saluran ganda, setiap frekuensi pengambilan sampel dapat mencapai 60Mbit/s. Secara fungsional, sistem perangkat keras dapat dibagi menjadi: amplifikasi front-end sinyal (penguat input FET) dan modul pengkondisian (penguat penguatan variabel), modul konverter analog-ke-digital berkecepatan tinggi (driver ADC, ADC), modul kontrol logika FPGA , distribusi jam, komparator kecepatan tinggi, modul kontrol MCU (DSP), modul komunikasi data, layar kristal cair (LCD). ), modul komunikasi data, layar LCD, kontrol layar sentuh, manajemen catu daya dan baterai serta kontrol keyboard dan beberapa bagian lainnya.
Sinyal input diubah oleh preamplifier dan rangkaian gain yang dapat disesuaikan menjadi tegangan input yang memenuhi persyaratan konverter A/D. Sinyal digital yang dikonversi oleh konverter A/D di-cache oleh FPGA atau memori akuisisi FIFO, dan kemudian ditransmisikan ke komputer melalui antarmuka komunikasi untuk pemrosesan data selanjutnya, atau dikontrol langsung oleh mikrokontroler akan dikumpulkan dan ditampilkan pada LCD layar.
Perangkat referensi adalah sebagai berikut
Pada bagian ini yang terpenting adalah rangkaian amplifikasi (atenuasi) terprogram dan rangkaian konversi A/D, karena kedua rangkaian ini merupakan tenggorokan osiloskop digital, rangkaian amplifikasi (atenuasi) terprogram menentukan bandwidth masukan osiloskop dan resolusi vertikal. , Rangkaian konversi A/D menentukan resolusi horizontal osiloskop, yang secara langsung menentukan kinerja osiloskop dari kedua resolusi tersebut. Kedua bagian rangkaian ini akan mengukur sinyal ke bagian belakang rangkaian pemrosesan yang diperlukan untuk sinyal data, bagian rangkaian ini dapat digunakan dalam sirkuit terpadu berkinerja tinggi ditambah sejumlah kecil perangkat periferal yang merupakan desain sirkuit sederhana, debugging juga sangat sederhana. Bagian tersulit dari osiloskop adalah prosedurnya, yaitu perangkat lunaknya. Perangkat lunak ini menanggung semua pemrosesan data dan tugas kontrol osiloskop digital, termasuk kontrol pengambilan sampel A/D, kontrol kecepatan sapuan horizontal, kontrol sensitivitas vertikal, pemrosesan tampilan, pengukuran puncak ke puncak, pengukuran frekuensi, dan tugas lainnya. Hal tersebut dapat diwujudkan dengan menggunakan mikrokontroler yang sangat umum beredar di pasaran saat ini seperti mikroprosesor dan pemrograman dalam bahasa C.
Sirkuit amplifikasi (atenuasi) terprogram dan sirkuit catu daya
Sinyal dimasukkan dari probe osiloskop X10X1 umum ke dalam rangkaian amplifikasi (atenuasi). Peran rangkaian amplifikasi (atenuasi) yang diprogram adalah untuk memperkuat atau melemahkan sinyal masukan untuk menyesuaikan, sehingga tegangan sinyal keluaran dalam persyaratan tegangan masukan konverter A/D berada dalam kisaran pengukuran dan observasi terbaik, sehingga rangkaian penguat terprogram dalam penguatan bandwidth yang ditentukan harus datar. Karena rangkaian osiloskop berisi dua bagian digital dan analog, untuk menghindari interferensi timbal balik, maka bagian digital dari catu daya dan bagian analog dari catu daya secara terpisah, masing-masing, untuk menyediakan satu set catu daya ± 5V DC, dan induktansi dan kapasitansi terbuat dari isolasi filter
Memori flash dan sirkuit jam
Karena konverter A/D menangkap data sinyal dalam jumlah besar, memori flash internal mikrokontroler tidak cukup untuk digunakan, sehingga rangkaian dapat memilih beberapa memori eksternal untuk digunakan, tetapi juga sebagai cara untuk menulis LCD. Memori flash juga digunakan sebagai cache untuk menulis LCD. Untuk mendapatkan sinyal jam referensi, mikrokontroler juga dihubungkan ke kristal, yang digunakan untuk menghitung frekuensi sebenarnya dari sinyal bentuk gelombang eksternal.
Unit Kontrol FPGA
FPGA adalah ASIC semi-kustom yang memungkinkan perancang sirkuit memprogram fungsi spesifik aplikasinya sendiri. Desainnya menggunakan dua metode berbeda: masukan skematik dan masukan VHDL. Unit kontrol melaksanakan sebagian besar tugas kontrol, memberikan sinyal kontrol yang sesuai untuk setiap modul fungsional untuk memastikan pengoperasian yang benar dari keseluruhan sistem. Secara khusus mencapai fungsi berikut: rangkaian pembagi frekuensi dan menghasilkan sinyal kontrol konverter A/D Sistem akuisisi data memiliki rentang pengukuran yang luas, rangkaian pembagi frekuensi dirancang di dalam FPGA untuk mencapai frekuensi pengambilan sampel yang berbeda untuk frekuensi berbeda dari sinyal yang diukur untuk memastikan agar data yang dikumpulkan lebih akurat. Unit pembagian frekuensi diimplementasikan menggunakan metode input grafis dan struktur internalnya ditunjukkan pada Gambar 4. Pada Gambar 4, penggunaan T-trigger pada input adalah 1, setiap tepi clock pada saat output akan melompat untuk mencapai pembagian frekuensi . Pada saat yang sama, kita dapat melihat bahwa masukan dari T-flip-flop terdiri dari beberapa kombinasi logika, yang membentuk jam yang terjaga keamanannya. Untuk jam yang terjaga keamanannya, fungsi jam dianalisis secara cermat untuk menghindari efek gerinda. Meskipun jam yang terjaga keamanannya dijamin bebas dari gerinda berbahaya pada sinyal jam jika dua kondisi berikut terpenuhi, jam yang terjaga keamanannya dapat bekerja dengan andal seperti jam global.
Untuk desain konverter A/D, sinyal kontrolnya hanya dua: sinyal input clock CLK dan sinyal output aktif OE. Sinyal CLK langsung melalui sinyal input kristal aktif 60M, sedangkan sinyal OE melalui internal FPGA dan CLK frekuensi yang sama dan fase sinyal jam yang sama dibalik untuk mendapatkan, sehingga hanya untuk memenuhi konversi waktu konverter A/D hubungan.
Konversi A/D berkecepatan tinggi; sirkuit
Osiloskop digital pada rangkaian yang paling penting adalah rangkaian konversi A/D, perannya untuk mengukur pengambilan sampel sinyal dan mengubahnya menjadi sinyal digital ke dalam memori, katanya osiloskop digital tenggorokannya tidak terlalu banyak, karena langsung menentukan osiloskop digital dapat diukur pada frekuensi tertinggi, menurut Teorema Nyquist, frekuensi sampling minimal 2 kali frekuensi tertinggi sinyal yang akan diukur untuk mereproduksi sinyal yang diukur. Dalam osiloskop digital, frekuensi pengambilan sampel harus setidaknya 5 hingga 8 kali frekuensi sinyal yang diuji, jika tidak, bentuk gelombang sinyal tidak dapat diamati.
