Осциллографын аналог урд төгсгөл: 6 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Гэртээ надад хямд USB дууны карт байдаг бөгөөд үүнийг Banggood, Aliexpress, Ebay эсвэл дэлхийн бусад онлайн дэлгүүрүүдээс хэдэн доллараар худалдаж авч болно. Тэднийг ямар сонирхолтой зүйлд ашиглаж болох вэ гэж би гайхаж байсан бөгөөд бага давтамжтай PC -ийн хамрах хүрээг аль нэгээр нь туршиж үзэхээр шийдсэн. Интернетээс би USB осциллограф болон дохио үүсгэгч болгон ашиглаж болох сайхан програмыг олсон. Би картын урвуу дизайн хийжээ (эхний алхамд тайлбарласан), хэрэв би бүрэн ажиллагаатай байхыг хүсч байвал хүчдэлийг зөв хуваарилах, шилжүүлэхэд шаардлагатай аналог урд талын хэсгийг зохион бүтээх хэрэгтэй гэж шийдсэн. аудио картын микрофоны оролтонд оролтын дохио өгдөг, учир нь микрофоны оролт нь хэдэн арван милливольтын дарааллаар хамгийн их оролтын хүчдэлийг хүлээж байдаг. Би бас аналог фрондыг бүх нийтийн болгохыг хүссэн бөгөөд үүнийг Arduinos, STM32 эсвэл бусад микроконтроллеруудтай ашиглах боломжтой бөгөөд оролтын дохионы зурвас нь аудио картын оролтын зурвасаас хамаагүй өргөн байх ёстой. Ийм аналог хүрээний урд талыг хэрхэн яаж хийх талаар алхам алхмаар зааварчилгааг энэ ажилд өгсөн болно.

Алхам 1: USB аудио картын дизайн ба товчлолыг өөрчлөх

USB картыг нээхэд маш хялбар байдаг - хэргийг наалддаггүй, зөвхөн хэсэгчлэн оруулдаг. ПХБ нь хоёр талтай. Аудио залгуурууд болон хяналтын товчлуурууд нь дээд талд, C-медиа декодерын чип, доод хэсэгт нэгдлээр хучигдсан байдаг. Микрофоныг моно горимд холбосон - хоёр сувгийг ПХБ дээр холбосон. Микрофоны оролтонд AC холболтын конденсатор (C7) ашиглагддаг. Нэмж дурдахад гадны микрофоныг тэгшлэхийн тулд 3K (R2) эсэргүүцэл ашигладаг. Би энэ резисторыг арилгаж, байраа нээлттэй үлдээсэн. Аудио гаралт нь хоёр сувгийн хувьд AC холболттой байдаг.

Сигналын зам дээр AC холбогчтой байх нь тогтмол болон бага давтамжийн дохиог ажиглахаас сэргийлдэг. Энэ шалтгааны улмаас би үүнийг хасахаар шийдсэн. Энэ шийдвэр нь бас сул талуудтай. Конденсаторын дараа аудио ADC-ийн зарим тогтмол гүйдлийн цэгийг тодорхойлсон бөгөөд хэрэв аналог фронт нь өөр өөр DC DC гаралттай бол оролтын дохионы хүрээ бага тул ADC хангаж чадна. Энэ нь урд талын хэлхээний DC OP нь ADC оролтын үе шаттай тохирч байх ёстой гэсэн үг юм. DC гаралтын хүчдэлийн түвшинг ADC оролтын үе шаттай тэнцүү байхаар тохируулах ёстой. Энэхүү зохицуулалтыг хэрхэн хэрэгжүүлэх талаар дараагийн алхамуудад хэлэлцэх болно. Би ADC оролт дээр 1.9V тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг хэмжсэн.

Миний аналог урд талын хувьд тодорхойлсон өөр нэг шаардлага бол нэмэлт тэжээлийн эх үүсвэр шаардахгүй байх явдал юм. Би дууны картанд байгаа 5V USB хүчдэлийг ашиглан урд талын хэлхээг нийлүүлэхээр шийдсэн. Үүний тулд би аудио үүрний үзүүр ба цагираган контактуудын хоорондох нийтлэг холболтыг таслав. Би дохио өгөхөөр ашиглахаар шийдсэн бөгж (сүүлчийн зураг дээрх цагаан утас - гүүр, мөн хувьсах гүйдлийн конденсатор), мөн үүрний үзүүрийг цахилгаан тэжээлийн терминал болгон ашиглахаар шийдсэн - үүнийг хийхийн тулд би USB 5V -тэй холбосон. шугам (улаан утас). Үүний тусламжтайгаар аудио картын өөрчлөлт дууссан. Би үүнийг дахин хаав.

Алхам 2: Урд талын дизайн

Миний шийдвэр бол осциллографын 3 горимтой ажиллах явдал байв.

• DC
• AC
• газар

Хувьсах гүйдлийн горимтой байхын тулд оролтын өсгөгчийн оролтын / нийтлэг горимын хүчдэл нь тэжээлийн шугамын доор үргэлжлэхийг шаарддаг. Энэ нь өсгөгч нь эерэг ба сөрөг гэсэн хоёр хангамжтай байх ёстой гэсэн үг юм.

Би дор хаяж 3 оролтын хүчдэлийн хүрээтэй байхыг хүсч байсан (бууралтын харьцаа)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

Горим ба мужуудын хоорондох бүх шилжүүлгийг механик слайд 2P3T унтраалгаар урьдчилан бэлтгэсэн болно.

Өсгөгчийн сөрөг тэжээлийн хүчдэлийг бий болгохын тулд би 7660 цэнэглэх насосны чипийг ашигласан. Өсгөгчийн тэжээлийн хүчдэлийг тогтворжуулахын тулд би TI хос шугаман зохицуулагч TPS7A39 -ийг ашигласан. Чип нь жижиг багцтай боловч ПХБ дээр гагнах нь тийм ч хэцүү биш юм. Өсгөгчийн хувьд би AD822 opamp ашигласан. Үүний давуу тал нь CMOS оролт (маш бага оролтын гүйдэл) ба харьцангуй өндөр ашиглалтын зурвасын бүтээгдэхүүн юм. Хэрэв та илүү өргөн зурвасын өргөнтэй байхыг хүсч байвал CMOS оролттой өөр опамп ашиглаж болно. Төмөр замаас төмөр замын оролт/гаралтын онцлог шинж чанартай байх сайхан байна; дуу чимээ багатай, цохих хурд өндөр. Миний ашигладаг opamp би +3.8V / -3.8V гэсэн хоёр тэжээлээр хангахаар шийдсэн. Эдгээр хүчдэлийг өгдөг TPS7A39 мэдээллийн хүснэгтийн дагуу тооцоолсон эсэргүүцлийн резисторууд нь:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

Хэрэв та энэ урд хэсгийг Arduino -той ашиглахыг хүсч байвал 5V гаралтын хүчдэлд хүрэхийг хүсч магадгүй юм. Энэ тохиолдолд та тэжээлийн> 6V оролтын хүчдэлийг хэрэглэж, хос зохицуулагчийн гаралтын хүчдэлийг +5/-5V байх ёстой.

AD822 бол хос өсгөгч бөгөөд эхнийх нь урвуу бус тохиргоог нэгтгэхэд ашигладаг хоёр дахь өсгөгчийн нийтлэг горимын хүчдэлийг тодорхойлоход буфер болгон ашигладаг.

Нийтлэг горимын хүчдэл ба оролтын өсгөгчийн олзыг тохируулахын тулд би ийм потенциометрийг ашигласан.

Энд та өөрийн өсгөгчийн тохиргоог тохируулахыг оролдож болох LTSPICE симуляцийн тохиргоог татаж аваарай.

ПХБ нь хоёр дахь BNC холбогчтой болохыг харж болно. Энэ бол дууны картын гаралт юм - хоёр сувгийг хоёуланг нь хоёр резистороор холбодог - тэдгээрийн утга 30 Ом - 10 К хооронд байж болно. Ийм байдлаар энэ холбогчийг дохио үүсгэгч болгон ашиглаж болно. Би дизайны хувьд BNC холбогчийг гаралт болгон ашигладаггүй байсан - би зүгээр л утсыг гагнаж, оронд нь хоёр гадил жимсний холбогч ашигладаг байсан. Улаан нь идэвхтэй гаралт, хар нь дохио өгдөг.

Алхам 3: ПХБ ба гагнуур

ПХБ -ийг JLCPCB үйлдвэрлэсэн.

Үүний дараа би төхөөрөмжүүдийг гагнаж эхлэв: Эхлээд нийлүүлэлтийн хэсэг.

ПХБ нь хоёр төрлийн BNC холбогчийг дэмждэг - та ашиглахыг сонгож болно.

Би Aliexpress -аас худалдаж авсан шүргэх конденсаторууд.

Gerber файлуудыг эндээс татаж авах боломжтой.

Алхам 4: Бокс

Би энэ бүхнийг жижиг хуванцар хайрцагт хийхээр шийдсэн. Надад дотоодын дэлгүүрээс нэг бэлэн мөнгө байсан. Төхөөрөмжийг гадаад радио дохионоос илүү дархлаатай болгохын тулд би дотоод хайрцгийн хананд бэхэлсэн зэс соронзон хальс ашигласан. Аудио картын интерфэйсийн хувьд би хоёр аудио залгуур ашигласан. Би тэдгээрийг эпокси цавуугаар бэхжүүлсэн. ПХБ -ийг доод хайрцагнаас тодорхой зайд тусгаарлагч ашиглан суурилуулсан. Төхөөрөмжийг зөв нийлүүлсэн гэдэгт итгэлтэй байхын тулд би урд талын тэжээлийн үүрэнд холбогдсон 1K резистор бүхий цуврал LED-ийг нэмсэн (микрофоны хажуугийн үүрний үзүүр)

Алхам 5: Төхөөрөмж бэлэн байна

Энд угсарсан төхөөрөмжийн зарим зургууд байна.

Алхам 6: Туршилт

Би осциллографыг энэхүү дохионы үүсгүүр ашиглан туршиж үзсэн бөгөөд туршилтын явцад хийгдсэн зарим дэлгэцийн агшинг харж болно.

Энэхүү хамрах хүрээг ашиглах гол бэрхшээл бол урд талын нийтлэг горимын гаралтын хүчдэлийг аудио картныхтай ижил болгох явдал юм. Үүний дараа төхөөрөмж маш жигд ажилладаг. Хэрэв та энэ урд хэсгийг Arduino-тэй ашиглаж байгаа бол хүчдэлийн нийтлэг горимыг тохируулахтай холбоотой асуудал гарах ёсгүй-үүнийг 0-5V хязгаарт чөлөөтэй байрлуулж, дараа нь хэмжихэд хамгийн оновчтой утгыг тохируулах боломжтой. Arduino -ийг ашиглахдаа би бас нэг жижиг өөрчлөлт хийхийг зөвлөж байна - өсгөгчийн оролт дээрх параллель эсрэг хамгаалалтын хоёр диодыг 4.7V -ийн хоёр Zenner диодоор ээлжлэн, гэхдээ эсрэг чиглэлд холбож болно. Ийнхүү оролтын хүчдэлийг ~ 5.3В -аар дарах бөгөөд хэт хүчдэлийн опамп оролтыг хамгаална.