微型虚拟示波器的设计与实现
州仪器公司(TI)生产的FET输入高阻宽带运放,常用作宽频光电检测放大器,测试测量仪器前置放大器。
(四)存储系统
在示波器技术中,存储技术起到了关键作用,往往也是系统的瓶颈所在,所以目前商用示波器系统中存储芯片往往都要示波器厂商自己设计。由于本设计的采样频率不是很高,所以可以采用IS
(五)USB通信接口
USB通信接口采用了D12+AT89S52的设计方案,该方案可以实现12Mbps的批量数据传输。批量传输的数据包最大能够达到64字节。Usb通信接口的设计需要设计固件程序、驱动程序以及应用程序所需的DLL动态链接库。对于虚拟示波器,USB1.1标准的接口性能偏低,目前可以考虑USB2.0标准的接口,通信速率能够达到480Mbps。(USB设计资料:Tiloog’s blog for technology提供了USB固件源码,另外,computer00也提供了很多关于usb的设计案例及资料)
示波器设计心得
该微型虚拟示波器已经设计多年了,设计之初考虑较多的是通信接口、数据采集以及前向通道。特别是通信接口是设计的重点,因为当时USB通信设计还是特别热门的事情,不容易将USB通信搞通。数据采集也有一定的挑战性,因为采样率需要达到80Msps,另一个有难度的就是前向通道,但是,设计之初没有对前向通道投入足够的时间,只是做了简单设计,所以,从严格意义上讲,该系统还不能称之为"示波器"。
从我目前的认识来讲,示波器设计的核心在于前向通道、模数转换这两块,对于单台仪器来讲通信接口问题不是很大(集成系统的通信接口另当别论)。前向通道的信号放大、衰减电路都非常重要,特别是当今的示波器通道带宽已经达到10GHz以上的水平,所以,前向通道面临着大动态范围、宽频的挑战,这是示波器设计的核心。模数采集也十分重要,随着频率的提升,对模数转换提出了更高的采样率需求,当输入信号在10GHz量级时,采样率需要达到20GHz以上,所以模数转换器是示波器的核心器件,另外,高速采样必然需要大容量高速存储,所以对存储器的访问延迟、访问带宽提出了更高的要求。硬件都不是理想的,多多少少都会存在失真,都会存在非线性,所以示波器通常需要各种各样的补偿,在示波器技术中,目前应用最多的是采用DSP技术进行频域、时域的补偿。通过补偿,可以拓宽前向通道的带宽,通过校正可以滤除宽带引入的随机噪声。所以,DSP技术在示波器领域得到了非常广泛的应用,给示波器带来了实实在在的实惠。
五年前,当我听说某位老先生为示波器的研制投入了一辈子,我会扼腕痛惜:为什么这样的东西还需要投入一辈子的精力去搞,这有什么搞头?后来我才明白,示波器技术博大精深,不投入一辈子的时间是搞不定的,她本质上就是一门通用信号提取的科学,这就是我对示波器的理解。