虛擬示波器 頻譜分析儀F-24U結(jié)構(gòu)及原理簡介

本期中介紹的USB接口的數(shù)字存儲示波器／頻譜分析儀F-24U是一種新型、微型化、便攜式的虛擬儀器，集數(shù)字存儲示波器(DSO)、頻譜分析儀(SA)于一身，包含視頻、音頻信號范圍，配備了強大的數(shù)字信號處理軟件，可以用來測量各種類型電信號、PAL視頻信號、NTSC視頻信號、計算機數(shù)字信號、單片機時序、聲音、脈博、地震波、心電、腦電、電話等，也可以應(yīng)用于電腦、電視機、VCD／CD機、音響等維修及各種工業(yè)測量場合。

F-24U除常用的信號測量和頻譜分析功能以外，還可以借用現(xiàn)成的工具處理數(shù)據(jù)的高級應(yīng)用，如捕捉測量中感興趣的數(shù)據(jù)、啟動EXCEL電子表格軟件、導(dǎo)入包含通道數(shù)據(jù)的文本文件、生成圖表等功能。 下面我們來探究一下F-24U的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理。

硬件設(shè)計

FlashDSO XP USB硬件原理框圖如圖1所示，主要包括信號調(diào)理器、信號采集器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、時鐘發(fā)生器、中央處理器模塊、USB通訊控制器等模塊，本文重點介紹信號調(diào)理器、信號采集器和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

信號調(diào)理器信號調(diào)理器模塊將外部信號轉(zhuǎn)換成信號采集器的輸入信號，原理圖如圖2所示，包含耦合方式、程控衰減、阻抗變換、信號單極性變換等功能，程控衰減部分采用微
型繼電器控制，具有耐高壓、無電阻及噪音干擾等優(yōu)點。

圖2中OP1高頻放大器作為射極跟隨器，提高輸入阻抗，對ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供信號緩沖作用，OP2、OP3組成加法器和反向器，輸入Vout1變換為Vout2輸出，Vout2=Vout1+Vref，當(dāng)Vref=2.5V，-2.5V<Vout1<2.5V時，0V<Vout2<5V，完成信號單極性變換，作為采集模塊的輸入信號。

信號采集器 信號采集器將信號調(diào)理器輸出的模擬信號通過ADC高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時將信號存入高速靜態(tài)存儲器中，原理圖如圖3所示，U1模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過U2可編程邏輯器件(CPLD)將數(shù)字信號數(shù)據(jù)寫入U3靜態(tài)存儲器中，OP1過零比較器輸