डिजिटल ऑसिलोस्कोप कार्य सिद्धांत और संरचना
इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के विकास और परिवर्तन के साथ, सर्किट माप की आवश्यकताएं अधिक हो गई हैं, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादन में पाया जाएगा कि कई मापदंडों का माप एक मल्टीमीटर सक्षम नहीं हो सकता है, जैसे कि आउटपुट तरंग के माइक्रोकंट्रोलर I / O पोर्ट या एम्पलीफायरों के उत्पादन को मापने के लिए इसकी आवृत्ति प्रतिक्रिया और इतने पर। इसलिए, ऑसिलोस्कोप स्वाभाविक रूप से मल्टीमीटर के समान हैं, और इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरों और उत्साही लोगों के लिए एक आवश्यक उपकरण बन गए हैं।
कार्य सिद्धांत और संरचना परिचय
डिजिटल ऑसिलोस्कोप सिस्टम का हार्डवेयर हिस्सा एक हाई-स्पीड डेटा अधिग्रहण बोर्ड है। यह दोहरे चैनल डेटा इनपुट प्राप्त कर सकता है, प्रत्येक नमूना आवृत्ति 60Mbit/s तक पहुँच सकती है। कार्यात्मक रूप से, हार्डवेयर सिस्टम को निम्न में विभाजित किया जा सकता है: सिग्नल फ्रंट-एंड एम्पलीफिकेशन (FET इनपुट एम्पलीफायर) और कंडीशनिंग मॉड्यूल (चर लाभ एम्पलीफायर), हाई-स्पीड एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर मॉड्यूल (ADC ड्राइवर, ADC), FPGA लॉजिक कंट्रोल मॉड्यूल, क्लॉक डिस्ट्रीब्यूशन, हाई-स्पीड तुलनित्र, MCU कंट्रोल मॉड्यूल (DSP), डेटा संचार मॉड्यूल, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (LCD)। ), डेटा संचार मॉड्यूल, एलसीडी डिस्प्ले, टच स्क्रीन नियंत्रण, बिजली की आपूर्ति और बैटरी प्रबंधन और कीबोर्ड नियंत्रण और कई अन्य भाग।
इनपुट सिग्नल को प्रीएम्पलीफायर और गेन एडजस्टेबल सर्किट द्वारा इनपुट वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है जो A/D कनवर्टर की आवश्यकताओं को पूरा करता है। A/D कनवर्टर द्वारा परिवर्तित डिजिटल सिग्नल को FPGA या अधिग्रहण मेमोरी FIFO द्वारा कैश किया जाता है, और फिर बाद के डेटा प्रोसेसिंग के लिए संचार इंटरफ़ेस के माध्यम से कंप्यूटर को प्रेषित किया जाता है, या माइक्रोकंट्रोलर द्वारा सीधे नियंत्रित किया जाता है और एलसीडी स्क्रीन पर एकत्र और प्रदर्शित किया जाएगा।
संदर्भ उपकरण इस प्रकार हैं
इन भागों में, सबसे महत्वपूर्ण है क्रमादेशित प्रवर्धन (क्षीणन) सर्किट और ए/डी रूपांतरण सर्किट, क्योंकि ये दो सर्किट डिजिटल ऑसिलोस्कोप के गले हैं, क्रमादेशित प्रवर्धन (क्षीणन) सर्किट ऑसिलोस्कोप के इनपुट बैंडविड्थ और ऊर्ध्वाधर संकल्प को निर्धारित करता है, ए/डी रूपांतरण सर्किट ऑसिलोस्कोप के क्षैतिज संकल्प को निर्धारित करता है, जो सीधे दो संकल्पों के ऑसिलोस्कोप के प्रदर्शन को निर्धारित करता है। सर्किट के इन दो हिस्सों को डेटा सिग्नल के लिए आवश्यक प्रसंस्करण सर्किट के पीछे मापा संकेतों को भेजा जाएगा, सर्किट के इस हिस्से का उपयोग उच्च-प्रदर्शन एकीकृत सर्किट में किया जा सकता है साथ ही परिधीय उपकरणों की एक छोटी संख्या एक सरल सर्किट डिजाइन का गठन करती है, डिबगिंग भी बहुत सरल है। ऑसिलोस्कोप का सबसे कठिन हिस्सा प्रक्रिया होना चाहिए, यानी सॉफ्टवेयर। यह सॉफ्टवेयर डिजिटल ऑसिलोस्कोप के सभी डेटा प्रोसेसिंग और नियंत्रण कार्यों को वहन करता है, जिसमें A/D सैंपलिंग नियंत्रण, क्षैतिज स्वीप गति नियंत्रण, ऊर्ध्वाधर संवेदनशीलता नियंत्रण, डिस्प्ले प्रोसेसिंग, पीक-टू-पीक माप, आवृत्ति माप और अन्य कार्य शामिल हैं। इसे आजकल बाजार में माइक्रोप्रोसेसर के रूप में एक बहुत ही आम माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके और C भाषा में प्रोग्रामिंग करके साकार किया जा सकता है।
क्रमादेशित प्रवर्धन (क्षीणन) सर्किट और विद्युत आपूर्ति सर्किट
सिग्नल एक सामान्य X10X1 ऑसिलोस्कोप जांच से प्रवर्धन (क्षीणन) सर्किट में इनपुट होता है। प्रोग्राम किए गए प्रवर्धन (क्षीणन) सर्किट की भूमिका इनपुट सिग्नल को समायोजित करने के लिए बढ़ाना या कम करना है, ताकि ए/डी कनवर्टर की इनपुट वोल्टेज आवश्यकताओं में आउटपुट सिग्नल वोल्टेज सर्वोत्तम माप और अवलोकन की सीमा के भीतर हो, इसलिए निर्दिष्ट बैंडविड्थ लाभ में प्रोग्राम किए गए एम्पलीफायर सर्किट को समतल होना चाहिए। चूंकि ऑसिलोस्कोप सर्किट में डिजिटल और एनालॉग दो भाग होते हैं, इसलिए आपसी हस्तक्षेप से बचने के लिए, इसलिए बिजली की आपूर्ति का डिजिटल हिस्सा और बिजली की आपूर्ति का एनालॉग हिस्सा अलग-अलग, क्रमशः, ± 5V डीसी बिजली की आपूर्ति का एक सेट प्रदान करने के लिए, और फ़िल्टर अलगाव से बने इंडक्शन और कैपेसिटेंस
फ्लैश मेमोरी और घड़ी सर्किट
क्योंकि A/D कनवर्टर सिग्नल डेटा की एक बड़ी मात्रा को कैप्चर करता है, माइक्रोकंट्रोलर की आंतरिक फ्लैश मेमोरी उपयोग करने के लिए पर्याप्त नहीं है, इसलिए सर्किट उपयोग करने के लिए कुछ बाहरी मेमोरी चुन सकता है, लेकिन एलसीडी लिखने के तरीके के रूप में भी। फ्लैश मेमोरी का उपयोग एलसीडी लिखने के लिए कैश के रूप में भी किया जाता है। संदर्भ घड़ी संकेत प्राप्त करने के लिए, माइक्रोकंट्रोलर एक क्रिस्टल से भी जुड़ा होता है, जिसका उपयोग बाहरी तरंग संकेत की वास्तविक आवृत्ति की गणना करने के लिए किया जाता है।
एफपीजीए नियंत्रण इकाई
FPGAs अर्ध-कस्टम ASIC हैं जो सर्किट डिजाइनरों को अपने स्वयं के एप्लिकेशन-विशिष्ट कार्यों को प्रोग्राम करने की अनुमति देते हैं। डिजाइन दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग करता है: योजनाबद्ध इनपुट और VHDL इनपुट। नियंत्रण इकाई अधिकांश नियंत्रण कार्यों को पूरा करती है, पूरे सिस्टम के सही संचालन को सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक कार्यात्मक मॉड्यूल के लिए उपयुक्त नियंत्रण संकेत प्रदान करती है। विशेष रूप से निम्नलिखित कार्यों को प्राप्त करें: आवृत्ति विभाजक सर्किट और ए/डी कनवर्टर नियंत्रण संकेत उत्पन्न करें डेटा अधिग्रहण प्रणाली में एक विस्तृत माप सीमा होती है, मापा संकेतों की विभिन्न आवृत्तियों के लिए अलग-अलग नमूना आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए FPGA के अंदर एक आवृत्ति विभाजक सर्किट डिज़ाइन किया गया है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एकत्रित डेटा अधिक सटीक है। आवृत्ति विभाजन इकाई को ग्राफिकल इनपुट विधि का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है गेटेड क्लॉक के लिए, बर्र के प्रभाव से बचने के लिए क्लॉक फ़ंक्शन का सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया जाता है। जबकि गेटेड क्लॉक को क्लॉक सिग्नल पर खतरनाक बर्र से मुक्त होने की गारंटी दी जाती है जब निम्नलिखित दो स्थितियाँ पूरी होती हैं, गेटेड क्लॉक वैश्विक क्लॉक की तरह ही भरोसेमंद तरीके से काम कर सकता है।
ए/डी कनवर्टर के डिजाइन के लिए, इसके नियंत्रण संकेत केवल दो हैं: घड़ी इनपुट संकेत सीएलके और सक्षम आउटपुट संकेत ओई। सीएलके संकेत सीधे सक्रिय क्रिस्टल इनपुट 60 एम संकेत के माध्यम से, जबकि ओई संकेत एफपीजीए आंतरिक और सीएलके के माध्यम से घड़ी संकेत के समान आवृत्ति और समान चरण प्राप्त करने के लिए उलटा होता है, ताकि ए/डी कनवर्टर समय संबंधों के रूपांतरण को पूरा किया जा सके।
उच्च गति ए/डी रूपांतरण; सर्किट
डिजिटल ऑसिलोस्कोप में सबसे महत्वपूर्ण सर्किट ए/डी रूपांतरण सर्किट है, इसकी भूमिका सिग्नल सैंपलिंग को मापना और डिजिटल सिग्नल को मेमोरी में परिवर्तित करना है, कहा जाता है कि यह एक डिजिटल ऑसिलोस्कोप गला बहुत ज्यादा नहीं है, क्योंकि यह सीधे निर्धारित करता है कि डिजिटल ऑसिलोस्कोप उच्चतम आवृत्ति पर मापा जा सकता है, नाइक्विस्ट प्रमेय के अनुसार, मापा जा रहा सिग्नल को पुन: पेश करने के लिए मापे जाने वाले सिग्नल की उच्चतम आवृत्ति का कम से कम 2 गुना नमूना आवृत्ति। डिजिटल ऑसिलोस्कोप में, नमूना आवृत्ति परीक्षण के तहत सिग्नल की आवृत्ति से कम से कम 5 से 8 गुना होनी चाहिए, अन्यथा सिग्नल तरंग का निरीक्षण नहीं किया जा सकता है।
