Analoog voorkant vir oscilloskoop: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

By die huis het ek 'n paar goedkoop USB -geluidskaarte wat vir 'n paar dollar in Banggood, Aliexpress, Ebay of ander wêreldwye aanlynwinkels gekoop kan word. Ek het gewonder vir watter interessante dinge ek dit kan gebruik, en ek het besluit om 'n lae frekwensie -rekenaaromvang met een daarvan te probeer maak. Op die internet het ek 'n goeie sagteware gevind wat gebruik kan word as USB -ossilloskoop en seinopwekker. Ek het 'n omgekeerde ontwerp van die kaart gedoen (beskryf in die eerste stap) en besluit dat ek 'n analoog voorkant moet ontwerp, wat nodig is vir die korrekte spanningskaal en verskuiwing van die ingangsein wat op die mikrofoon -ingang van die klankkaart toegedien word, omdat die mikrofoon -insette maksimum insetspannings in die orde van 'n paar dekades millivolt verwag. Ek wou ook die analoog voorkant universeel maak - om saam met Arduinos, STM32 of ander mikrobeheerders te gebruik - met 'n insetseinband wat baie wyer is as die invoerband van 'n klankkaart. In hierdie werk word stap vir stap instruksies gegee oor hoe om die front-end van die analoog omvang te ontwerp.

Stap 1: Ontwerp en notifikasies van die USB -klankkaart omkeer

Die USB -kaart is baie maklik om oop te maak - die omhulsel word nie vasgeplak nie, slegs gedeeltelik ingevoeg. Die PCB is dubbelzijdig. Die klankaansluitings en die bedieningsknoppies is aan die bokant, die C-media-dekodeerder-chip, bedek met 'n verbinding, is aan die onderkant. Die mikrofoon is in mono -modus gekoppel - die twee kanale word op die printplaat saamgesnoer. 'N WS -koppelingskondensator (C7) word by die mikrofoon -ingang gebruik. Daarbenewens word 'n weerstand van 3K (R2) gebruik vir die vooroordeel van die eksterne mikrofoon. Ek het hierdie weerstand verwyder en sy plek oopgemaak. Die klankuitset is ook AC gekoppel vir beide kanale.

Deur 'n wisselstroomkoppeling op die seinpad te hê, word die waarneming van GS- en laefrekwensie seine verhoed. Om hierdie rede besluit ek om dit te verwyder (kort). Hierdie besluit het ook nadele. Na die kapasitor word 'n DC-werkpunt vir die klank-ADC gedefinieer, en as die analoog voorkant 'n ander uitset-DC-OP het, as gevolg van die klein insetseinreeks, kan die ADC versadig word. Dit beteken - die GS OP van die voorkantkring moet in lyn wees met die van die ADC -ingangsfase. Die gelykstroomuitgangspanningsvlak moet verstelbaar wees om gelyk te wees aan die van die ADC -ingangsfase. In die volgende stappe sal bespreek word hoe hierdie aanpassing geïmplementeer word. Ek het ongeveer 1.9V DC spanning gemeet by die ingang van die ADC.

'N Ander vereiste wat ek vir die analoog voorkant uiteengesit het, was om nie 'n ekstra kragbron te benodig nie. Ek het besluit om die beskikbare in die 5V USB-spanning van die klankkaart te gebruik om ook die voorste stroombane te voorsien. Vir hierdie doel het ek die algemene verbinding tussen die klankaansluiting en ringkontakte verbreek. Die ring wat ek besluit het om vir die sein te gebruik (die wit draad op die laaste prentjie - oorbrug ook die wisselstroomkondensator) en die punt van die aansluiting wat ek besluit het om as kragtoevoeraansluiting te gebruik - daarvoor het ek dit met die USB 5V verbind lyn (die rooi draad). Daarmee is die wysiging van die klankkaart voltooi. Ek het dit weer toegemaak.

Stap 2: Frontend -ontwerp

My besluit was om drie werkswyses vir die ossilloskoop te hê:

• DC
• AC
• grond

Om 'n wisselstroommodus te hê, vereis dat die ingangs- / gewone modus spanning van die insetversterker onder die toevoerrail strek. Dit beteken - die versterker moet dubbele toevoer hê - positief en negatief.

Ek wou ten minste 3 ingangsspanningsreekse hê (dempingsverhoudings)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Alle kommutasies tussen modusse en reekse is vooraf gevorm met meganiese skyfie 2P3T -skakelaars.

Om die negatiewe voedingsspanning vir die versterker te skep, het ek 'n 7660 laaipomp -chip gebruik. Om die toevoerspannings vir die versterker te stabiliseer, het ek die TI dubbele lineêre reguleerder TPS7A39 gebruik. Die chip het 'n klein pakket, maar dit is nie baie moeilik om dit op die PCB te soldeer nie. As versterker gebruik ek AD822 opamp. Die voordeel daarvan - CMOS -invoer (baie klein insetstrome) en 'n relatief hoë bandwydte -produk. As u nog groter bandwydte wil hê, kan u 'n ander opamp met CMOS -invoer gebruik. Lekker om spoor tot spoor in-/uitset te hê; lae geraas, hoë draaisnelheid. Die opamp gebruik het ek besluit om van twee +3.8V / -3.8V voorrade te voorsien. Die terugvoerweerstands bereken volgens die datablad van TPS7A39, wat hierdie spannings gee, is:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

As u hierdie frontend met Arduino wil gebruik, wil u moontlik 'n 5V -uitgangsspanning bereik. In hierdie geval moet u ingangstoevoer spanning> 6V toepas en die uitgangsspannings van die dubbele reguleerder op +5/-5V stel.

Die AD822 is 'n dubbele versterker - die eerste daarvan is as buffer gebruik om die gemeenskaplike modus spanning van die tweede versterker te definieer wat gebruik word vir die opsomming van nie -omkerende konfigurasie.

Vir die aanpassing van die gewone modus spanning en die versterking van die ingang versterker het ek sulke potensiometers gebruik.

Hier kan u 'n LTSPICE -simulasie -opstelling aflaai, waarin u u eie versterkerkonfigurasie kan opstel.

Dit kan gesien word dat die PCB 'n tweede BNC -aansluiting het. Dit is die uitset van die klankkaart - albei kanale word deur twee weerstande saamgesnoer - hul waarde kan in die reeks 30 Ohm - 10 K. wees. Op hierdie manier kan hierdie aansluiting as seingenerator gebruik word. In my ontwerp het ek nie die BNC -aansluiting as uitset gebruik nie - ek het net 'n draad daar gesoldeer en eerder twee piesangverbindings gebruik. Die rooi een - aktiewe uitset, die swart een - sein grond.

Stap 3: PCB en soldeer

Die PCB is vervaardig deur JLCPCB.

Daarna het ek die toestelle begin soldeer: eers die toevoerdeel.

Die PCB ondersteun twee soorte BNC -verbindings - u kan kies watter u wil gebruik.

Die snykapasitors het ek by Aliexpress gekoop.

Die gerber -lêers kan hier afgelaai word.

Stap 4: Boks

Ek het besluit om dit alles in 'n klein plastiekboks te sit. Ek het een by die plaaslike winkel gekry. Om die toestel meer immuun te maak teen eksterne radioseine, het ek 'n koperband gebruik wat ek aan die binnekant se mure vasgemaak het. As koppelvlak vir die klankkaart het ek twee klankaansluitings gebruik. Ek het hulle sterk vasgemaak met epoksiegom. Die PCB is op 'n afstand van die onderkant gemonteer deur middel van afstandhouers. Om seker te maak dat die toestel behoorlik verskaf word, het ek 'n LED in serie bygevoeg met 'n 1K-weerstand wat aan die voorste aansluiting (die punt van die mikrofoon-syaansluiting) gekoppel is.

Stap 5: Die toestel is gereed

Hier is 'n paar foto's van die saamgestelde toestel.

Stap 6: Toets

Ek het die ossilloskoop getoets met behulp van hierdie seingenerator. U kan 'n paar skermkiekies sien wat tydens die toetse gedoen is.

Die grootste uitdaging om hierdie omvang te gebruik, is om die uitgangsspanning van die voorste gemeenskaplike modus aan te pas om identies te wees aan die van die klankkaart. Daarna werk die toestel baie glad. As u hierdie front-end met Arduino gebruik, behoort die probleem met die algemene afstemming van spanning nie te bestaan nie; dit kan vrylik in die reeks 0-5V geplaas word en daarna presies aangepas word na waarde, wat optimaal is vir u meting. As ek met Arduino gebruik, sou ek ook nog 'n klein verandering voorstel - die twee anti -parallelle beskermingsdiodes aan die ingang van die versterker kan met twee 4.7V Zenner -diodes in serie gekoppel word, maar in teenoorgestelde rigtings. Op hierdie manier word die ingangsspanning teen ~ 5.3V vasgemaak om die opamp -insette van oorspannings te beskerm.