Осциллографтын аналогдук фронту: 6 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Үйдө менде кээ бир арзан USB үн карталары бар, аларды Banggood, Aliexpress, Ebay же башка дүйнөлүк онлайн дүкөндөрдөн бир нече долларга сатып алса болот. Мен аларды кандай кызыктуу үчүн колдоно алам деп ойлонуп жаттым жана алардын бири менен төмөн жыштыктагы компьютер масштабын түзүүнү чечтим. Интернетте мен USB осциллографы жана сигнал генератору катары колдонула турган жакшы программаны таптым. Мен картанын тескери дизайнын жасадым (биринчи кадамда сүрөттөлгөн) жана эгерде мен толук кандуу иштөөнү кааласам - ошондой эле чыңалууну туура масштабдоо жана жылдыруу үчүн керектүү болгон аналогдук фронтту долбоорлоо керек деп чечтим. аудио картанын микрофону киргизилгенде киргизилген сигнал, анткени микрофондун кириштери милливольттун ондогон жылдарында максималдуу кирүү чыңалуусун күтөт. Мен дагы аналогдук алдыңкы бетти универсалдуу кылгым келди - Arduinos, STM32 же башка микроконтроллерлер менен колдонула алуу үчүн - аудио картанын кириш диапазонуна караганда кеңири сигналдык диапазону бар. Мындай иште аналогдук масштабды кантип жасоо боюнча кадамдык көрсөтмөлөр бул иште келтирилген.

1 -кадам: USB Аудио Картасы Дизайн жана Нодификация

USB картаны ачуу абдан оңой - корпус жабыштырылган эмес, жарым -жартылай гана салынган. PCB эки тараптуу болуп саналат. Аудио джектери жана башкаруу баскычтары үстү жагында, C-медиа декодеринин чипи, асты жагында кошулма менен капталган. Микрофон моно режимде туташкан - эки канал ПКБда кыска. AC туташуу конденсатору (C7) микрофондун киришинде колдонулат. Буга кошумча 3K (R2) резистору тышкы микрофонду бурмалоо үчүн колдонулат. Мен бул резисторду алып салдым, анын ордун ачык калтырдым. Аудио чыгаруу эки каналда тең AC менен туташкан.

Сигнал жолунда AC кошкучу бар болсо, DC жана төмөнкү жыштыктагы сигналдарды байкабайт. Ошол себептен мен аны (кыска) алып салууну чечтим. Бул чечимдин кемчиликтери да бар. Конденсатордон кийин аудио ADC үчүн кээ бир DC иштөө чекити аныкталган жана аналогдук фронттун башка DC DC өндүрүшү болсо, анча чоң эмес сигналдын диапазону болгондуктан, ADC каныктыра алат. Бул дегенди билдирет - алдыңкы микросхеманын DC ОСы ADC киргизүү стадиясына дал келиши керек. DC чыгаруу чыңалуу деңгээли ADC киргизүү стадиясына барабар болушу үчүн жөнгө салынышы керек. Бул тууралоо кантип ишке ашары кийинки кадамдарда талкууланат. Мен ADC киришинде болжол менен 1.9V DC чыңалуусун өлчөдүм.

Мен аналогдук фронтто аныктаган дагы бир талап кошумча энергия булагын талап кылбоо болгон. Мен үн картасында 5В USB чыңалуусун колдонууну чечтим. Бул үчүн мен аудио джек учу менен шакек контакттарынын ортосундагы жалпы байланышты үздүм. Мен сигнал үчүн колдонууну чечтим (акыркы сүрөттөгү ак зым - көпүрөлөр, ошондой эле AC конденсатору), жана уячанын учу мен энергия менен камсыздоочу терминал катары колдонууну чечтим - бул үчүн аны USB 5V менен туташтырдым. сызык (кызыл зым). Муну менен аудио картаны модификациялоо аяктады. Мен аны кайра жаптым.

2 -кадам: Frontend Дизайн

Менин чечимим осциллографта иштөөнүн 3 режими болгон:

• DC
• AC
• жер

AC режимине ээ болуу, киргизүү күчөткүчүнүн киргизүү / жалпы режиминин чыңалуусу камсыздоочу темирдин астында созулушун талап кылат. Бул деген - күчөткүчтүн кош камсыздоосу болушу керек - оң жана терс.

Мен жок дегенде 3 киргизүү чыңалуу диапазонуна ээ болгум келди (өчүрүү коэффициенттери)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Режимдер менен диапазондордун ортосундагы бардык алмаштыруулар механикалык слайд 2P3T өчүргүчтөрүндө алдын ала даярдалган.

Күчөткүч үчүн терс камсыздоо чыңалуусун түзүү үчүн мен 7660 заряд насосунун чипин колдондум. Күчөткүчтү камсыздоо чыңалуусун турукташтыруу үчүн мен TI7 линиялык жөнгө салуучу TPS7A39 колдондум. Чиптин кичинекей пакети бар, бирок аны ПХБга ширетүү өтө кыйын эмес. Күчөткүч катары мен AD822 opampти колдондум. Анын артыкчылыгы - CMOS киргизүү (өтө кичине киргизүү агымдары) жана салыштырмалуу жогорку кирешелүүлүк продукту. Эгерде сиз дагы кененирээк өткөргүңүз келсе, анда CMOS киргизүү менен башка опампты колдонсоңуз болот. Темир жолго кирүү/чыгаруу өзгөчөлүгү бар болгону жакшы; аз ызы -чуу, жогорку ылдамдык. Колдонулган опам мен эки +3.8V / -3.8V менен камсыз кылууну чечтим. Бул чыңалууларды берген TPS7A39 маалымат барагына ылайык эсептелген кайтарым резисторлор:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Эгерде сиз бул алдыңкы чекти Arduino менен колдонууну кааласаңыз, анда 5В чыгуу чыңалуусуна жеткиңиз келиши мүмкүн. Бул учурда сиз киргизүү камсыздоо чыңалуусун> 6В колдонушуңуз керек жана кош жөндөгүчтүн чыгыш чыңалуусун +5/-5В деп коюшуңуз керек.

AD822 - бул эки күчөткүч - биринчиси инверттик эмес конфигурацияны жыйноодо колдонулган экинчи күчөткүчтүн жалпы режиминин чыңалуусун аныктоо үчүн буфер катары колдонулган.

Жалпы режимдин чыңалуусун жөнгө салуу үчүн жана кириш күчөткүчтүн пайда болушу үчүн мен ушундай потенциометрлерди колдондум.

Бул жерде сиз өзүңүздүн күчөткүч конфигурациясын орнотууга аракет кыла турган LTSPICE симуляция орнотуусун жүктөп аласыз.

Бул PCB экинчи BNC туташтыргычы бар экенин көрүүгө болот. Бул үн картасынын чыгышы - эки канал эки резистор аркылуу бирге кыскарат - алардын мааниси 30 Ом - 10 К диапазонунда болушу мүмкүн. Ошентип, бул туташтыргыч сигнал генератору катары колдонулушу мүмкүн. Дизайнымда мен BNC туташтыргычын өндүрүш катары колдонгон жокмун - жөн эле зымды ошол жакка кошуп, ордуна эки банан туташтыргычын колдондум. Кызыл - активдүү чыгаруу, кара - сигнал жери.

3 -кадам: PCB жана Soldering

PCB JLCPCB тарабынан чыгарылган.

Андан кийин мен приборлорду ширете баштадым: Биринчи камсыздоо бөлүгү.

PCB BNC туташтыргычтарынын эки түрүн колдойт - кайсынысын колдонууну тандай аласыз.

Мен Aliexpressтен сатып алган конденсаторлор.

Gerber файлдарын бул жерден жүктөп алууга болот.

4 -кадам: Бокс

Мунун баарын кичинекей пластикалык кутуга салууну чечтим. Менде жергиликтүү дүкөндөн бирөө бар болчу. Түзмөктү тышкы радио сигналдарга иммунитетти жогорулатуу үчүн, мен корпустун ички дубалдарына бекитилген жез лента колдондум. Аудио картанын интерфейси катары мен эки аудио джекти колдондум. Мен аларды эпокси клей менен бекемдедим. ПХБ астыңкы корпусунан бир аз аралыкта аралыктарды колдонуу менен орнотулган. Түзмөктүн туура камсыздалганына ишенүү үчүн, мен LED диапазонун 1K каршылыгы менен коштоштуруп койдум (микрофондун каптал уячасынын учу)

5 -кадам: түзмөк даяр

Бул жерде чогултулган аппараттын кээ бир сүрөттөрү.

6 -кадам: Тестирлөө

Мен бул сигнал генераторунун жардамы менен осциллографту сынап көрдүм Сиз тест учурунда жасалган скриншотторду көрө аласыз.

Бул масштабды колдонуунун негизги көйгөйү - бул алдыңкы жалпы режимдин чыгуу чыңалуусун аудио картага окшош кылып тууралоо. Андан кийин аппарат абдан жылмакай иштейт. Эгерде сиз бул алдыңкы бөлүктү Arduino менен колдонсоңуз, анда жалпы режимдин чыңалуусун тегиздөө көйгөйү болбошу керек-аны 0-5В диапазонуна эркин жайгаштырууга болот жана андан кийин так өлчөө үчүн оптималдуу болгон баага туураласа болот. Arduino менен колдонууда мен дагы бир кичинекей өзгөрүүнү сунуштайт элем - күчөткүчтүн киришиндеги параллель каршы эки диодду Zenner диоддорунун бири -бирине туташтырылган, бирок карама -каршы багытта алмаштырылышы мүмкүн. Мындай жол менен кирүү чыңалуусу ашыкча чыңалуунун opamp кириштерин коргоо үчүн ~ 5.3V кысылат.