קצה אנלוגי לאוסילוסקופ: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

בבית יש לי כמה כרטיסי קול USB זולים, שאפשר לקנות ב Banggood, Aliexpress, Ebay או חנויות מקוונות אחרות בעולם בכמה דולרים. תהיתי לאיזה מעניין אני יכול להשתמש בהם והחלטתי לנסות ליצור היקף מחשב בתדירות נמוכה עם אחד מהם. באינטרנט מצאתי תוכנה נחמדה, שיכולה לשמש כאוסילוסקופ USB ומחולל אותות. עשיתי איזה עיצוב הפוך של הכרטיס (המתואר בשלב הראשון) והחלטתי שאם אני רוצה שיהיה לי היקף תפקוד מלא - אני צריך גם לעצב חזית אנלוגית, הנדרשת לצורך קנה מידה ומתח תקינים של המתח. אות הכניסה המופעל בכניסת המיקרופון של כרטיס השמע, מכיוון שכניסות המיקרופון מצפות למתח כניסה מקסימלי בסדר גודל של כמה עשורים של מיליוולט. רציתי גם להפוך את החזית האנלוגית לאוניברסלית - כדי שניתן יהיה להשתמש בה עם Arduinos, STM32 או מיקרו -בקרים אחרים - עם רצועת אות קלט רחבה בהרבה מרצועת הקלט של כרטיס שמע. צעד אחר צעד הוראות כיצד לעצב חזית-היקף אנלוגי כזה מוצג בעבודה זו.

שלב 1: עיצוב כרטיס זיכרון USB והופכתו

קל מאוד לפתוח את כרטיס ה- USB - המארז אינו מודבק, רק מוכנס בחלקו. ה- PCB הוא דו צדדי. שקעי השמע ולחצני הבקרה נמצאים בצד העליון, שבב מפענח C-media, המכוסה במתחם נמצא בצד התחתון. המיקרופון מחובר במצב מונו - שני הערוצים מקוצרים יחד במעגל הלוח. קבל צימוד AC (C7) משמש בכניסת המיקרופון. בנוסף לזה משמש נגד 3K (R2) להטיית המיקרופון החיצוני. הסרתי את הנגד הזה ומשאיר את מקומו פתוח. פלט השמע מצורף גם AC לשני הערוצים.

קישור צימוד AC בנתיב האות מונע התבוננות באותות DC ותדר נמוך. מסיבה זו אני מחליט להסיר (לקצר) אותו. להחלטה זו יש גם חסרונות. לאחר הקבל מוגדרת נקודת הפעלה מסוימת של DC עבור ADC השמע ואם לממשק הקדמי האנלוגי יש פלט DC פלט שונה, בגלל טווח אות הכניסה הקטן, ה- ADC יכול להרוות. זה אומר - DC OP של מעגל החזית חייב להיות מיושר עם זה של שלב הקלט ADC. רמת מתח המוצא של DC חייבת להיות מתכווננת כדי להיות שווה לזה של שלב הקלט ADC. כיצד תיושם התאמה זו יידונו בשלבים הבאים. מדדתי בערך 1.9V DC בכניסה של ה- ADC.

דרישה נוספת, שהגדרתי עבור החזית האנלוגית, היא לא לדרוש מקור חשמל נוסף. החלטתי להשתמש בזמין בכרטיס הקול 5V USB כדי לספק גם את המעגלים הקדמיים. לשם כך ניתקתי את החיבור המשותף בין קצה שקע השמע למגעי הטבעת. הטבעת שהחלטתי להשתמש בה לאות (החוט הלבן בתמונה האחרונה - גשרים גם קבל AC), וקצה השקע שהחלטתי להשתמש בו כמסוף אספקת חשמל - לשם כך חיברתי אותו עם USB 5V קו (החוט האדום). בכך הושלמה שינוי כרטיס האודיו. סגרתי אותו שוב.

שלב 2: עיצוב חזית

החלטתי הייתה לקיים 3 אופני עבודה לאוסילוסקופ:

• זֶרֶם יָשָׁר
• AC
• קרקע, אדמה

מצב AC מחייב כי מתח הכניסה / מצב משותף של מגבר הקלט משתרע מתחת למסילת האספקה. כלומר - המגבר חייב להיות בעל אספקה כפולה - חיובית ושלילית.

רציתי שיהיו לפחות 3 טווחי מתח כניסה (יחסי הנחתה)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

כל התמורות בין מצבים לטווחים הם מתגי 2P3T מכניים שקופיים.

כדי ליצור את מתח האספקה השלילי למגבר השתמשתי בשבב משאבת טעינה 7660. כדי לייצב את מתח האספקה למגבר השתמשתי בווסת הליניארי הכפול TI TPS7A39. לשבב יש חבילה קטנה, אך לא מאוד קשה להלחם אותו על הלוח הלוח. כמגבר השתמשתי באופamp AD822. היתרון שלו - קלט CMOS (זרמי קלט קטנים מאוד) ומוצר רוחב רווח גבוה יחסית. אם אתה רוצה רוחב פס רחב עוד יותר, אתה יכול להשתמש באופמפ אחר עם קלט CMOS. נחמד שיש קלט/פלט של רכבת לרכבת; רעש נמוך, קצב הזנה גבוה. את opamp בשימוש החלטתי לספק עם שני אספקה +3.8V / -3.8V. נגדי המשוב המחושבים על פי גליון הנתונים של TPS7A39, המעניקים מתחים אלה הם:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

אם אתה רוצה להשתמש בחזית זו עם Arduino, ייתכן שתרצה להגיע למתח פלט של 5V. במקרה זה עליך להחיל מתח אספקת כניסה> 6V ולהגדיר את מתח המוצא של הרגולטור הכפול להיות +5/-5V.

ה- AD822 הוא מגבר כפול - הראשון מהם שימש כמאגר כדי להגדיר את מתח המצב הנפוץ של המגבר השני המשמש בסיכום תצורה שאינה הופכת.

לצורך התאמת מתח המצב הנפוץ והרווח של מגבר הקלט השתמשתי בפוטנציומטרים כאלה.

כאן אתה יכול להוריד הגדרת סימולציית LTSPICE, שבה תוכל לנסות להגדיר תצורת מגבר משלך.

ניתן לראות של- PCB יש מחבר BNC שני. זהו הפלט של כרטיס הקול - שני הערוצים מתקצרים יחד באמצעות שני נגדים - ערכם יכול להיות בטווח 30 אוהם - 10 ק '. בדרך זו ניתן להשתמש במחבר זה כמחולל אותות. בעיצוב שלי לא השתמשתי במחבר BNC כתפוקה - פשוט הלחמתי שם חוט והשתמשתי במקום בשני מחברי בננה. הפלט האדום - פעיל, השחור - קרקע אות.

שלב 3: PCB והלחמה

ה- PCB הופק על ידי JLCPCB.

אחרי זה התחלתי להלחם את המכשירים: ראשית את חלק האספקה.

ה- PCB תומך בשני סוגים של מחברי BNC - אתה יכול לבחור באילו להשתמש.

קבלים החיתוך שקניתי מ- Aliexpress.

קבצי הגרבר זמינים להורדה כאן.

שלב 4: איגרוף

החלטתי לשים את כל זה בקופסת פלסטיק קטנה. היה לי אחד כזה זמין בחנות המקומית. כדי להפוך את המכשיר לחסין יותר מפני אותות הרדיו החיצוניים, השתמשתי בקלטת נחושת, שחיברתי לקירות המארז הפנימיים. כממשק לכרטיס השמע השתמשתי בשני שקעי שמע. תיקנתי אותם חזק בעזרת דבק אפוקסי. הלוח המודפס הותקן במרחק מה מהתיק התחתון על ידי שימוש ברווחים. כדי להיות בטוח שהמכשיר מסופק כראוי, הוספתי נורית בסדרה עם נגד 1K המחובר לשקע האספקה הקדמי (קצה שקע הצד של המיקרופון)

שלב 5: המכשיר מוכן

להלן כמה תמונות של המכשיר המורכב.

שלב 6: בדיקה

בדקתי את האוסילוסקופ באמצעות מחולל האותות הזה אתה יכול לראות כמה צילומי מסך שנעשו במהלך הבדיקות.

האתגר העיקרי בשימוש בהיקף זה הוא להתאים את מתח המוצא של מצב הקצה הקדמי כך שיהיה זהה לזה של כרטיס השמע. לאחר מכן המכשיר עובד חלק מאוד. אם אתה משתמש בקצה הקדמי הזה עם Arduino, הבעיה עם יישור מתח המצב הנפוץ לא אמורה להתקיים-ניתן למקם אותו בחופשיות בטווח 0-5V ולהתאים אותו במדויק לאחר מכן לערך, שהוא אופטימלי למדידה שלך. בעת שימוש עם Arduino הייתי מציע גם שינוי קטן נוסף - ניתן לשדרג את שתי דיודות ההגנה האנטי -מקביליות בכניסת המגבר עם שתי דיודות זנר 4.7V המחוברות בסדרה, אך בכיוונים מנוגדים. בדרך זו מתח הכניסה יהיה מהודק ב ~ 5.3V המגן על כניסות opamp של מתח יתר.