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经过前端将PC声卡变成高速采样示波器规划参阅

有多种软件包可以使个人计算机(PC)中的立体声声卡提供类似示波器的显示,但低采样速率、高分辨率模数转换器(ADC)和交流耦合前端最

  有多种软件包能够使个人计算机(PC)中的立体声声卡供给相似示波器的显现,但低采样速率、高分辨率模数转换器(ADC)和沟通耦合前端最适合20 kHz及以下的可用带宽。现在,这种有限的带宽能够扩展——针对重复波形,能够在声卡输入前运用一个采样前端。运用高速采样坚持器(SHA)对输入波形进行二次采样,然后通过低通滤波器重建波形,并使其滑润,能够有用延展时间轴,使PC能够用作高速采样示波器。本文描绘一种能够完成这种改造的前端和探头。

  图1所示为一个刺进式附件的原理图,它能够合作典型PC声卡采样运用。每个示波器通道运用一个高速采样坚持放大器 AD783 SHA的采样信号由时钟分频器电路的数字输出供给,下文将通过一个比如阐明。AD783输入由一个FET缓冲,因而能够运用简略的沟通/直流输入耦合。在所示的两个通道中,当直流耦合跳线开路且输入为沟通耦合时,1 MΩ电阻(R1和R3)供给直流偏置。采样输出由图中所示的双极点有源RC网络低通滤波。该滤波器不必是一个有源电路,但所示的滤波器能够供给有利的缓冲低阻抗来驱动PC声卡输入。

  

  图1. 双通道模仿采样电路

  AD783 SHA供给高达数MHz的可用大信号带宽。输入端的有用压摆率约为100 V/µs以上。选用±5 V电源时,输入/输出摆幅至少为±3 V。关于500 mV p-p以下的摆幅,小信号3 dB带宽挨近50 MHz。

  运用图1所示的前端电路以及选用Visual Analyser1 软件的PC声卡,能够得到一个以1 MHz频率重复的2 MHz单周期正弦波,如图2的屏幕截图所示。采样时钟以80.321 kHz的采样速率供给250 ns宽的采样脉冲。这儿的有用水平常基为333 ns/分频比。比如中运用的PC声卡选用SoundMax® 编解码器,其采样速率为96 kSPS。本例中,有用采样速率约为40 MSPS。

  

  图2. 以1 MHz频率重复的2 MHz单周期正弦脉冲

  图3中的屏幕截图显现的是一个以1 MHz频率重复的高斯正弦脉冲。采样时钟速率同样是80.321 kHz,采样脉冲宽度为250 ns。

  

  图3. 以1 MHz频率重复的4 MHz高斯正弦脉冲

  采样时钟发生器示例

  AD783要求一个宽度为150 ns至250 ns的窄正采样脉冲。为使显现的波形坚持安稳,无来回跳动,采样脉冲有必要十分安稳,颤动很低。这一要求往往将或许的时钟挑选限定于晶体振荡器。另一个要求是采样速率能够在略低于100 kHz到大约500 kHz的范围内进行调整或调谐。为使下采样信号落在声卡的20 Hz到20 kHz音频带宽内,采样频率间的调谐步进有必要较为精密。一个诸如图4所示的N分频电路和一个频率介于10 MHz到20 MHz的晶体振荡器(%&&&&&%4),能够供给从80 kHz到350 kHz的多达200种或更多的不同采样速率,步进巨细介于300 Hz到5 kHz之间。本例运用两个4位二进制升降计数器74HC191,N能够是4到256之间的恣意整数。也能够运用74HC190等十进制计数器,其引脚摆放与74HC191相同,能够供给4到100的N值。分频比运用两个十六进制开关S1和S2设置。开关S3设置计数器是递加仍是递减计数。电阻R1 (250 Ω)和%&&&&&%C1 (68 pF)给引脚计数输出添加一个很短的推迟,通过该推迟后,引脚计数输出加载开始计数值。74HC00的四个NAND门用于完成单稳态形式,当R12为2.7 kΩ且C2为68 pF时,单稳态形式供给200 ns的采样脉冲。

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