Ostsilloskoobi analoog esiosa: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Kodus on mul mõned odavad USB helikaardid, mida saab mõne dollari eest osta Banggoodist, Aliexpressist, Ebayst või teistest ülemaailmsetest veebipoodidest. Mõtlesin, milleks huvitavaks ma neid kasutada saan, ja otsustasin proovida neist ühega teha madala sagedusega personaalarvuti. Internetist olen leidnud toreda tarkvara, mida saab kasutada USB -ostsilloskoobi ja signaaligeneraatorina. Tegin kaardi ümberpööramise (kirjeldatud esimeses etapis) ja otsustasin, et kui soovin täielikult toimiva ulatuse - pean ka kujundama analoogseadme, mis on vajalik pinge nõuetekohaseks skaleerimiseks ja nihutamiseks. helikaardi mikrofonisisendile rakendatav sisendsignaal, kuna mikrofoni sisendid ootavad maksimaalset sisendpinget mõnekümne millivoldi suurusjärgus. Samuti tahtsin muuta analoogkäepinna universaalseks - et seda saaks kasutada koos Arduinose, STM32 või muude mikrokontrolleritega -, millel oleks sisendsignaali riba palju laiem kui helikaardi sisendriba. Selles töös on esitatud samm-sammult juhised sellise analoogvaldkonna esipinna kujundamiseks.

Samm: USB -helikaart muudab disaini ja muudatusi

USB -kaarti on väga lihtne avada - ümbris pole liimitud, ainult osaliselt sisestatud osa. PCB on kahepoolne. Helipistikud ja juhtnupud asuvad ülemisel küljel, ühendiga kaetud C-meedia dekoodri kiip on alumisel küljel. Mikrofon on ühendatud monorežiimis - kaks kanalit on trükkplaadil kokku ühendatud. Mikrofoni sisendis kasutatakse vahelduvvoolu sidestuskondensaatorit (C7). Lisaks kasutatakse välise mikrofoni nihutamiseks takistit 3K (R2). eemaldasin selle takisti, jättes oma koha avatuks. Samuti on heliväljund mõlema kanali jaoks vahelduvvooluga ühendatud.

Vahelduvvooluühenduse olemasolu signaaliteel takistab alalisvoolu ja madala sagedusega signaalide vaatlemist. Sel põhjusel otsustan selle eemaldada (lühikeseks). Sellel otsusel on ka puudusi. Pärast kondensaatorit on audio ADC jaoks määratletud alalisvoolu tööpunkt ja kui analoog-esipaneelil on väljund DC OP erineva sisendsignaali ulatuse tõttu, võib ADC küllastuda. See tähendab - eesmise vooluahela alalisvoolu OP peab olema joondatud ADC sisendastme omaga. Alalisvoolu väljundpinge tase peab olema reguleeritav, et see oleks võrdne ADC sisendastme omaga. Seda kohandamist rakendatakse järgmistes etappides. Olen mõõtnud umbes 1,9 V alalispinget ADC sisendis.

Teine nõue, mille määratlesin analoog-esipaneeli jaoks, oli mitte nõuda täiendavat toiteallikat. Otsustasin kasutada helikaardi 5V USB-pinget, et toita ka esiotsa vooluringi. Sel eesmärgil katkestasin ühise ühenduse helipistiku otsa ja rõngaskontaktide vahel. Rõngas, mille otsustasin kasutada signaaliks (valge traat viimasel pildil - sildab ka vahelduvvoolu kondensaatorit), ja pistikupesa ots, mida otsustasin kasutada toiteallikana - selleks ühendasin selle USB 5V joon (punane juhe). Sellega viidi lõpule helikaardi muutmine. Panin selle uuesti kinni.

2. samm: kasutajaliidese disain

Minu otsus oli ostsilloskoobi jaoks kolm töörežiimi:

• DC
• AC
• maapind

Vahelduvvoolu režiimi olemasolu eeldab, et sisendvõimendi sisend- / ühisrežiimi pinge ulatub toiteliini alla. See tähendab - võimendil peab olema kahekordne toide - positiivne ja negatiivne.

Tahtsin omada vähemalt 3 sisendpingevahemikku (sumbumissuhted)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Kõik kommutatsioonid režiimide ja vahemike vahel on eelnevalt vormistatud mehaaniliste 2P3T slaidlülitite abil.

Võimendi negatiivse toitepinge loomiseks kasutasin 7660 laadimispumba kiipi. Võimendi toitepingete stabiliseerimiseks kasutasin TI topelt lineaarset regulaatorit TPS7A39. Kiibil on väike pakend, kuid selle trükkplaadile jootmine pole eriti keeruline. Võimendina kasutasin AD822 opampi. Selle eelis - CMOS -sisend (väga väikesed sisendvoolud) ja suhteliselt kõrge võimendusribalaiusega toode. Kui soovite saada veelgi laiemat ribalaiust, võite kasutada mõnda muud CMOS -sisendiga opampi. Tore, et on olemas funktsioon Rail -Rail Input/Output; madal müratase, kõrge pöörlemiskiirus. Kasutatud opamp otsustasin varustada kahe +3,8V / -3,8V toiteallikaga. Tagasiside takistid, mis on arvutatud vastavalt TPS7A39 andmelehele, mis annavad need pinged, on järgmised:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Kui soovite seda kasutajaliidest koos Arduinoga kasutada, võiksite jõuda 5 V väljundpingeni. Sel juhul peate sisestama toitepinge> 6V ja seadistama kahe regulaatori väljundpingeks +5/-5V.

AD822 on kahekordne võimendi - esimest neist kasutati puhvrina teise võimendi ühisrežiimi pinge määramiseks, mida kasutati mittepöörduva konfiguratsiooni summeerimisel.

Ühise režiimi pinge ja sisendvõimendi võimenduse reguleerimiseks kasutasin selliseid potentsiomeetreid.

Siit saate alla laadida LTSPICE simulatsiooni seadistuse, milles saate proovida oma võimendi konfiguratsiooni seadistada.

On näha, et trükkplaadil on teine BNC -pistik. See on helikaardi väljund - mõlemad kanalid on lühistatud kahe takisti kaudu - nende väärtus võib olla vahemikus 30 oomi - 10 K. Sel viisil saab seda pistikut kasutada signaaligeneraatorina. Oma disainis ei kasutanud ma väljundina BNC -pistikut - jootsin sinna lihtsalt juhtme ja kasutasin selle asemel kahte banaanipistikut. Punane - aktiivne väljund, must - signaali maandus.

Samm: trükkplaat ja jootmine

PCB tootis JLCPCB.

Pärast seda hakkasin seadmeid jootma: Kõigepealt toiteosa.

PCB toetab kahte tüüpi BNC -pistikuid - saate valida, millist kasutada.

Kärpimiskondensaatorid, mille ostsin Aliexpressist.

Gerberi failid on siin allalaadimiseks saadaval.

4. samm: poksimine

Otsustasin selle kõik panna väikesesse plastkarpi. Mul oli üks kohalikus poes saadaval. Selleks, et muuta seade väliste raadiosignaalide suhtes immuunsemaks, kasutasin vasest linti, mille kinnitasin korpuse siseseinte külge. Helikaardi liidesena kasutasin kahte helipistikut. Kinnitasin need tugevaks epoksüliimiga. PCB paigaldati vahekauguste abil alumisest korpusest mõnele kaugusele. Seadme nõuetekohase tarnimise tagamiseks lisasin järjestikku LED-i, mille esipaneeli pistikupessa (mikrofoni külgpistiku ots) on ühendatud 1K takisti.

Samm: seade on valmis

Siin on mõned pildid kokkupandud seadmest.

6. etapp: testimine

Olen testinud ostsilloskoopi selle signaaligeneraatori abil. Näete mõningaid testide ajal tehtud ekraanipilte.

Peamine väljakutse selle ulatuse kasutamisel on kohandada esipaneeli ühisrežiimi väljundpinge audiokaardi pingega identseks. Pärast seda töötab seade väga sujuvalt. Kui kasutate seda esipaneeli Arduinoga, ei tohiks tavalise režiimi pinge joondamise probleem eksisteerida-selle saab vabalt paigutada vahemikku 0–5 V ja pärast seda täpselt reguleerida väärtuseks, mis on teie mõõtmiseks optimaalne. Arduinoga kasutamisel soovitaksin teha veel ühe väikese muudatuse - võimendi sisendis olevaid kahte paralleelset kaitsedioodi saab asendada kahe järjestikku ühendatud 4,7 V Zenneri dioodiga, kuid vastupidises suunas. Sel viisil fikseeritakse sisendpinge ~ 5,3 V juures, kaitstes ülepinge opamp sisendeid.