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?；蛘?，也可以使用單個9 V電池，利用一個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可調(diào)線性調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生相對于電池負(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的小信號增益遠(yuǎn)高于全擺幅帶寬。通過在采樣器之前插入一個10:1阻性衰減器以限制最大信號帶寬，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），每對價格$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），每對價格$19.50。

Gabotronics.com4生產(chǎn)的100 MHz P2100和60 MHz P2060通用探頭，每種價格約$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。對于建議的電路，如果PCB板線路長度盡可能保持最短，那么這個調(diào)整范圍似乎是充足的。采用10×探頭時，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頻率為1 MHz和50 MHz的不同信號的響應(yīng)。圖10中的兩個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，采樣時鐘均針對大約500 Hz的下采樣信號頻率進(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：對于1 MHz輸入，示波器軟件報(bào)告1.072 V p-p的幅度；對于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（b）被施加于兩個通道。從兩個通道的兩幅重疊屏幕截圖可以看出，兩個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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