مبدأ عمل وهيكل راسم الذبذبات الرقمي
مع تطور التكنولوجيا الإلكترونية وتغيرها، أصبحت متطلبات قياس الدائرة أعلى، في الإنتاج الإلكتروني، ستجد أن قياس العديد من المعلمات لا يمكن أن يكون متعدد المقاييس، مثل منفذ الإدخال / الإخراج المتحكم الدقيق لشكل موجة الإخراج أو إنتاج مكبرات الصوت لقياس الاستجابة الترددية لها وهكذا. ولذلك، فإن راسمات الذبذبات هي بطبيعة الحال نفس أجهزة القياس المتعددة، وأصبحت أداة ضرورية لمهندسي الإلكترونيات والمتحمسين.
مبدأ العمل ومقدمة الهيكل
جزء الأجهزة من نظام راسم الذبذبات الرقمي عبارة عن لوحة الحصول على البيانات عالية السرعة. يمكنه تحقيق إدخال بيانات ثنائي القناة، ويمكن أن يصل كل تردد أخذ العينات إلى 60 ميجابت/ثانية. من الناحية الوظيفية، يمكن تقسيم نظام الأجهزة إلى: تضخيم الإشارة الأمامية (مضخم إدخال FET) ووحدة التكييف (مضخم الكسب المتغير)، ووحدة المحول التناظري إلى الرقمي عالية السرعة (محرك ADC، ADC)، ووحدة التحكم المنطقية FPGA ، توزيع الساعة، مقارنة عالية السرعة، وحدة التحكم MCU (DSP)، وحدة اتصالات البيانات، شاشة الكريستال السائل (LCD). )، وحدة اتصالات البيانات، وشاشة LCD، والتحكم بشاشة اللمس، وإمدادات الطاقة وإدارة البطارية والتحكم في لوحة المفاتيح والعديد من الأجزاء الأخرى.
يتم تحويل إشارة الإدخال بواسطة المضخم الأولي والحصول على دائرة قابلة للتعديل إلى جهد دخل يلبي متطلبات محول A/D. يتم تخزين الإشارة الرقمية المحولة بواسطة محول A/D مؤقتًا بواسطة FPGA أو ذاكرة الاستحواذ FIFO، ثم يتم نقلها إلى الكمبيوتر من خلال واجهة الاتصال لمعالجة البيانات اللاحقة، أو سيتم جمعها وعرضها على شاشة LCD يتم التحكم فيها مباشرة بواسطة وحدة التحكم الدقيقة. شاشة.
الأجهزة المرجعية هي كما يلي
والأهم في هذه الأجزاء هي دائرة التضخيم (التوهين) المبرمجة ودائرة التحويل A/D، لأن هاتين الدائرتين هما حلق الذبذبات الرقمية، فإن دائرة التضخيم (التوهين) المبرمجة تحدد عرض نطاق إدخال الذبذبات والاستبانة الرأسية ، تحدد دائرة التحويل A/D الدقة الأفقية للذبذبة، والتي تحدد بشكل مباشر أداء راسم الذبذبة للدقتين. سيتم قياس هذين الجزأين من الدائرة الإشارات في الجزء الخلفي من دائرة المعالجة المطلوبة لإشارة البيانات، ويمكن استخدام هذا الجزء من الدائرة في دوائر متكاملة عالية الأداء بالإضافة إلى عدد صغير من الأجهزة الطرفية تشكل تصميم دائرة بسيط، تصحيح الأخطاء هو أيضًا بسيط جدًا. يجب أن يكون الجزء الأكثر صعوبة في راسم الذبذبات هو الإجراء، أي البرنامج. يتحمل البرنامج جميع مهام معالجة البيانات والتحكم في راسم الذبذبات الرقمي، بما في ذلك التحكم في أخذ العينات A/D، والتحكم في سرعة المسح الأفقي، والتحكم في الحساسية الرأسية، ومعالجة العرض، والقياس من الذروة إلى الذروة، وقياس التردد ومهام أخرى. يمكن تحقيق ذلك باستخدام وحدة تحكم دقيقة شائعة جدًا في السوق في الوقت الحاضر كمعالج دقيق وبرمجة بلغة C.
دائرة التضخيم (التوهين) المبرمجة ودائرة إمداد الطاقة
يتم إدخال الإشارة من مسبار راسم الذبذبات X10X1 الشائع في دائرة التضخيم (التوهين). يتمثل دور دائرة التضخيم (التوهين) المبرمجة في تضخيم أو تخفيف إشارة الإدخال لضبطها، بحيث يكون جهد إشارة الخرج في متطلبات جهد الإدخال لمحول A/D ضمن نطاق أفضل قياس ومراقبة، وبالتالي فإن يجب أن تكون دائرة مكبر الصوت المبرمجة في كسب النطاق الترددي المحدد مسطحة. نظرًا لأن دائرة راسم الذبذبات تحتوي على جزأين رقمي وتناظري، لتجنب التداخل المتبادل، فإن الجزء الرقمي من مصدر الطاقة والجزء التناظري من مصدر الطاقة بشكل منفصل، على التوالي، يوفر مجموعة من مصدر الطاقة ± 5 فولت تيار مستمر، والحث والسعة مصنوعة من عزل المرشح
ذاكرة فلاش ودائرة الساعة
نظرًا لأن محول A/D يلتقط كمية كبيرة من بيانات الإشارة، فإن ذاكرة الفلاش الداخلية لوحدة التحكم الدقيقة ليست كافية للاستخدام، لذلك يمكن للدائرة اختيار بعض الذاكرة الخارجية لاستخدامها، ولكن أيضًا كوسيلة لكتابة شاشة LCD. تُستخدم ذاكرة الفلاش أيضًا كذاكرة تخزين مؤقت لكتابة شاشة LCD. من أجل الحصول على إشارة الساعة المرجعية، يتم توصيل المتحكم الدقيق أيضًا ببلورة، والتي يتم استخدامها لحساب التردد الفعلي لإشارة الشكل الموجي الخارجية.
وحدة التحكم FPGA
FPGAs عبارة عن شرائح ASIC شبه مخصصة تسمح لمصممي الدوائر ببرمجة وظائفهم الخاصة بالتطبيقات. يستخدم التصميم طريقتين مختلفتين: الإدخال التخطيطي وإدخال VHDL. تقوم وحدة التحكم بمعظم مهام التحكم، حيث توفر إشارات التحكم المناسبة لكل وحدة وظيفية لضمان التشغيل الصحيح للنظام بأكمله. تحقيق الوظائف التالية على وجه التحديد: دائرة مقسم التردد وتوليد إشارات التحكم في محول A/D. يحتوي نظام الحصول على البيانات على نطاق قياس واسع، وقد تم تصميم دائرة مقسم التردد داخل FPGA لتحقيق ترددات أخذ عينات مختلفة لترددات مختلفة للإشارات المقاسة لضمان أن البيانات التي تم جمعها أكثر دقة. يتم تنفيذ وحدة تقسيم التردد باستخدام طريقة الإدخال الرسومية ويظهر هيكلها الداخلي في الشكل 4. في الشكل 4، استخدام مشغل T في الإدخال هو 1، كل حافة ساعة عند الإخراج ستقفز لتحقيق تقسيم التردد . في الوقت نفسه، يمكننا أن نرى أن مدخلات T-flip-flop تتكون من بعض المجموعات المنطقية، والتي تشكل الساعة المسورة. بالنسبة للساعات ذات البوابات، يتم تحليل وظيفة الساعة بعناية لتجنب تأثير النتوءات. في حين يتم ضمان خلو الساعة المسورة من نتوءات خطيرة على إشارة الساعة عند استيفاء الشرطين التاليين، يمكن أن تعمل الساعة المسورة بشكل موثوق مثل الساعة العالمية.
لتصميم محول A/D، إشارة التحكم الخاصة به اثنان فقط: إشارة إدخال الساعة CLK وتمكين إشارة الخرج OE. إشارة CLK مباشرة من خلال إشارة الإدخال البلوري النشط 60M، في حين أن إشارة OE من خلال FPGA الداخلي وCLK نفس التردد ونفس المرحلة من إشارة الساعة مقلوبة للحصول عليها، بحيث تلبي فقط تحويل توقيت المحول A/D العلاقات.
تحويل A/D عالي السرعة؛ دائرة كهربائية
يعتبر راسم الذبذبات الرقمي في الدائرة الأكثر أهمية هو دائرة تحويل A/D، ويتمثل دوره في قياس أخذ عينات الإشارة وتحويلها إلى إشارات رقمية إلى ذاكرة، كما قال إنه ليس كثيرًا من حلق راسم الذبذبات الرقمي، لأنه يحدد بشكل مباشر راسم الذبذبات الرقمي يمكن قياسه بأعلى تردد، وفقًا لنظرية نيكويست، تردد أخذ العينات لا يقل عن ضعفي أعلى تردد للإشارة المراد قياسها من أجل إعادة إنتاج الإشارة التي يتم قياسها. في أجهزة الذبذبات الرقمية، يجب أن يكون تردد أخذ العينات على الأقل 5 إلى 8 أضعاف تردد الإشارة قيد الاختبار، وإلا فلن يمكن ملاحظة شكل موجة الإشارة.
