Različni programski paketi omogočajo, da stereo zvočne kartice, ki so nameščene v osebnih računalnikih (PC) omogočajo podoben prikaz kot osciloskop, vendar z nizko stopnjo vzorčenja. Vhodni analogno-digitalni pretvorniki (ADC) z visoko ločljivostjo in AC vhodno vezje sta optimizirana za 20 kHz ali manj uporabne pasovne širine. To omejeno pasovno širino lahko za ponavljajoče se oblike signalov razširimo z dodajanjem vezja za vzorčenje pred vhodom v zvočno kartico.
Podvzorčenje (subsampling) vhodnega signala s hitrim sample-and-hold ojačevalnikom (SHA), kateremu sledi nizkoprepustni filter za rekonstrukcijo in glajenje signala učinkovito raztegne časovno os, tako da lahko računalnik, uporabimo kot osciloskop z visoko hitrostjo vzorčenja . V članku sta opisana vhodni del in merilni sondi, ki zagotavljata ustrezno prilagoditev.
Slika 1 prikazuje shemo za vhodni priključek, ki ga lahko uporabljamo za vzorčenje z običajnimi zvočnimi karticami za osebne računalnike. Uporablja po eno sample-and-hold integrirano vezje AD783 z veliko hitrostjo vzorčenja in ojačevalnik za vsak kanal osciloskopa. Vzorčenje signala za SHA zagotavlja digitalni izhod takta iz vezja delilnika frekvence, katerega različico bomo tudi opisali. AD783 vhod ima na vhodu FET, tako da je mogoče uporabiti enostavni preklop vhoda med AC in DC. 1-MΩ upora (R1 in R3) v obeh kanalih zagotavljata enosmerno prednapetost, kadar je DC kratkostičnik odprt in je vhod AC (izmenično) povezan. Izhod vzorčenja je filtriran z dvostopenjskim nizkoprepustnim RC filtrom. Filter , ki ni aktivno vezje, v prikazanem vezju uspešno zagotavlja nizko impedanco na vhodu v PC zvočno kartico.
AD783 SHA ponuja pasovno širino uporabno velikega signala do nekaj MHz. Slew rate na vhodu je nad 100 V/ µs. Vhodno/izhodni swing z napajanjem ± 5V je vsaj ± 3 V. Za majhne signale 3-dB in za nihanja, ki so manjša od 500 mV je pasovna širina blizu 50 MHz. Z vhodnim vezjem, ki je narisano na sliki 1 in računalnikom z nameščeno zvočno kartico ter programsko opremo Visual Analyser1, dobimo na zaslonu podoben prikaz, kot ga vidimo na sliki 2: 2-MHz sinusni signal se za en cikel ponovi s frekvenco 1 MHz. Generator takta zagotavlja 250-ns široke impulze in 80,321-kHz vzorčenja vhodnega signala. Efektivna horizontalna časovna baza je tukaj 333 ns / delitev. PC zvočna kartica, ki smo jo uporabili v našem primeru, uporablja Analog Devices SoundMax® kodek vzorčenja na 96 kSPS. V našem primeru je efektivna velikost vzorca približno 40 MSPS. Na naslednji sliki imamo še en primer zaslona sinusnega Gaussovega impulza z 1-MHz korakom ponovitve (slika 3). Takt vzorčenje je bila spet 80,321 kHz, z 250-ns širino impulza vzorca.
Primer generatorja takta vzorčenja
AD783 zahteva za vzorčenje ozek pozitivni impulz s širino med 150 in 250 ns. Impulz vzorčenja mora biti zelo stabilen s čim manjšim nihanjem , da se prikaz krivulje ne bi spreminjal, oziroma se pomikal sem in tja. Zaradi te zahteve se možnosti izbire osnove za oscilator zmanjšajo le na tiste s kvarcnim kristalom. Druga zahteva je, da je stopnja vzorčenja prilagodljiva ali nastavljiva v razponu od nekaj manj kot 100 kHz do približno 500 kHz. Nastavitev frekvence mora biti mogoča z relativno majhnimi koraki, da dobljeni izhodni signal pade nekje v frekvenčno območje med 20 Hz in 20 kHz, torej v avdio pasovno širino zvočne kartice.
Kako z vhodnim vezjem in PC zvočno kartico do osciloskopa s hitrim vzorčenjem
2012_SE196_53
