通過前端將PC聲卡變成高速采樣示波器的方法
圖8. MFB 33 kHz低通濾波器
電路供電
重構(gòu)濾波器使用的AD783和放大器需要雙電源供電??梢允褂?節(jié)AA電池,3節(jié)提供+4.5 V電源,另外3節(jié)提供–4.5 V電源。或者,也可以使用單個(gè)9 V電池,利用一個(gè)電阻分壓器來提供作為地的中間電源電壓,這將需要由一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖才能提供電路所需的地電流。第三種方法是使用一個(gè)可調(diào)線性調(diào)節(jié)器,產(chǎn)生相對(duì)于電池負(fù)極的約4.5 V電壓,用作接地基準(zhǔn)。
第四種方法是使用備用PC或筆記本電腦USB端口提供的+5 V電源。–5 V電源可以由DC/DC電壓逆變器產(chǎn)生,例如ADI公司的ADM8829—(表貼封裝)。應(yīng)特別注意避免受到DC/DC電壓逆變器產(chǎn)生的開關(guān)噪聲干擾。
輸入衰減器
AD783的小信號(hào)增益遠(yuǎn)高于全擺幅帶寬。通過在采樣器之前插入一個(gè)10:1阻性衰減器以限制最大信號(hào)帶寬,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超過20 MHz的可用帶寬。多家公司提供成本相對(duì)較低的示波器探頭,如Syscomp Electronic Design, Ltd2等(圖9)。下面是筆者撰寫本文時(shí)獲得的信息:
Syscomp Electronic Design生產(chǎn)的40 MHz帶寬、1×/10×可切換型示波器探頭(P6040),每對(duì)價(jià)格$29.99。
圖9. P6040 1×/10×示波器探頭
HobbyLab3生產(chǎn)的20 MHz 10:1版本示波器探頭(GT-P6020),每對(duì)價(jià)格$19.50。
Gabotronics.com4生產(chǎn)的100 MHz P2100和60 MHz P2060通用探頭,每種價(jià)格約$10.00。
使用探頭
圖10、圖11和圖12所示的聲卡5屏幕截圖利用P2100 100 MHz 10×探頭獲取,它可以補(bǔ)償10 pF至35 pF范圍內(nèi)的輸入電容。對(duì)于建議的電路,如果PCB板線路長(zhǎng)度盡可能保持最短,那么這個(gè)調(diào)整范圍似乎是充足的。采用10×探頭時(shí),輸入看起來像10 MΩ和18 pF,可以支持最高±30 V的輸入電壓。
為了展示AD783采樣保持輸入級(jí)的性能,首先利用1 kHz平頂方波調(diào)整探頭補(bǔ)償。屏幕截圖顯示了器件對(duì)頻率為1 MHz和50 MHz的不同信號(hào)的響應(yīng)。圖10中的兩個(gè)屏幕截圖顯示單通道情況,(a)為1 MHz、5 V p-p方波,(b)為50 MHz、5 V p-p方波。每種情況下,采樣時(shí)鐘均針對(duì)大約500 Hz的下采樣信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整,以便消除任何聲卡響應(yīng)差異。因此,左邊屏幕截圖的有效時(shí)間刻度為500 ns/分頻比,右圖為10 ns/分頻比。聲卡輸入增益設(shè)置如下:對(duì)于1 MHz輸入,示波器軟件報(bào)告1.072 V p-p的幅度;對(duì)于50 MHz輸入,則報(bào)告762.2 mV p-p的幅度。0.7622/1.072接近–3 dB。這一測(cè)量結(jié)果顯示,100 MHz 10×探頭和AD783的組合具有50 MHz的3 dB帶寬。
(a) (b)
圖10. 單通道10×探頭:1 MHz (a)和50 MHz (b) 5 V p-p輸入方波
圖11中,同樣的1 MHz (a)和50 MHz信號(hào)(b)被施加于兩個(gè)通道。從兩個(gè)通道的兩幅重疊屏幕截圖可以看出,兩個(gè)通道之間具有良好的增益、失調(diào)和延遲匹配。
(a) (b)
圖11. 雙蹤雙通道匹配10×探頭:1 MHz (a)和50 MHz (b) 5 V p-p輸入方波
最后一幅屏幕截圖(圖12)顯示375 kHz、5 V p-p方波(紅色線)和1.5 MHz、42 ns寬5 V p-p脈沖(綠色線)的情況。水平刻度為333 ns/分頻比。AD783采樣器保持完整的5 V擺幅,即便輸入這些較窄的42 ns脈沖也是如此。
圖12. 雙蹤雙通道、10×探頭:375 kHz、5 V p-p方波和1.5 MHz、42 ns 5 V p-p脈沖
作者
Doug Mercer 在1977至2009年間一直在ADI公司從事全職工作,最后14年擔(dān)任ADI公司研究員。ADI公司高速轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品系列的30多款標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品都有他的貢獻(xiàn),AD783就是其中一款。自2009年起,他轉(zhuǎn)而擔(dān)任ADI公司的兼職顧問研究員,最近主要是作為ADI公司與倫斯勒理工學(xué)院的聯(lián)絡(luò)人,從事本科生電氣工程教育推廣和發(fā)展方面的工作。
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評(píng)論