ანალოგი ფრონტალური ოსცილოსკოპისთვის: 6 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

სახლში მაქვს რამდენიმე იაფი USB ხმის ბარათი, რომლის ყიდვაც შესაძლებელია Banggood- ში, Aliexpress- ში, Ebay- ში ან სხვა გლობალურ ონლაინ მაღაზიებში. დავინტერესდი, რაში შემიძლია მათი გამოყენება და გადავწყვიტე, რომ ერთ – ერთ მათგანთან ერთად შევეცადო დაბალი სიხშირის კომპიუტერის ფარგლები. ინტერნეტში ვიპოვე ლამაზი პროგრამა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც USB ოსცილოსკოპი და სიგნალის გენერატორი. მე გავაკეთე ბარათის საპირისპირო დიზაინი (აღწერილია პირველ ნაბიჯში) და გადავწყვიტე, რომ თუ მსურს მქონდეს სრულად ფუნქციონირების სფერო - მე ასევე უნდა შევადგინო ანალოგური წინა ნაწილი, რომელიც საჭიროა ძაბვის სათანადო მასშტაბირებისა და გადატანისთვის. შეყვანის სიგნალი გამოიყენება აუდიო ბარათის მიკროფონის შეყვანისას, რადგან მიკროფონის შეყვანა ელოდება მაქსიმალურ შეყვანის ძაბვებს რამდენიმე ათეული მილივოლტის ბრძანებით. მე ასევე მინდოდა, რომ ანალოგური ფრონტონდი საყოველთაო გამხდარიყო - შეეძლო Arduinos, STM32 ან სხვა მიკროკონტროლერებთან ერთად გამოყენება - სიგნალის შეყვანის დიაპაზონი გაცილებით ფართო ვიდრე აუდიო ბარათის შეყვანის ზოლი. ნაბიჯ-ნაბიჯ ინსტრუქციები, თუ როგორ უნდა შეიქმნას ასეთი ანალოგური ფარგლები წინა ნაწილში არის წარმოდგენილი ამ ნაშრომში.

ნაბიჯი 1: USB აუდიო ბარათის შემობრუნების დიზაინი და ნოდიფიკაციები

USB ბარათის გახსნა ძალიან ადვილია - საქმე არ არის წებოვანი, მხოლოდ ნაწილია ნაწილობრივ ჩასმული. PCB არის ორმხრივი. აუდიო ბუდეები და საკონტროლო ღილაკები არის ზედა მხარეს, C- მედიის დეკოდირების ჩიპი, ნაერთით დაფარული არის ქვედა მხარეს. მიკროფონი დაკავშირებულია მონო რეჟიმში - PCB– ზე ორი არხი ერთმანეთთან მოკლებულია. მიკროფონის შესასვლელში გამოიყენება AC დაწყვილების კონდენსატორი (C7). დამატებით 3K (R2) რეზისტორი გამოიყენება გარე მიკროფონის მიკერძოებისთვის. მე ამოვიღე ეს რეზისტორი, რის გამოც მისი ადგილი ღიაა. აუდიო გამომავალი ასევე AC წყვილია ორივე არხისთვის.

სიგნალის გზაზე AC დაწყვილება ხელს უშლის DC და დაბალი სიხშირის სიგნალების დაკვირვებას. ამ მიზეზით მე გადავწყვიტე მისი ამოღება (მოკლე). ამ გადაწყვეტილებას ასევე აქვს უარყოფითი მხარეები. კონდენსატორის შემდეგ განსაზღვრულია DC მუშაობის წერტილი აუდიო ADC– სთვის და თუ ანალოგურ წინა მხარეს აქვს განსხვავებული გამოსავალი DC OP, სიგნალის მცირე დიაპაზონის გამო, ADC– ს შეუძლია გაჯერება. ეს ნიშნავს - წინა ჩართვის DC OP უნდა შეესაბამებოდეს ADC შეყვანის სტადიას. DC გამომავალი ძაბვის დონე უნდა იყოს რეგულირებადი, რათა იყოს ADC შეყვანის სტადიის ტოლი. როგორ ხორციელდება ეს კორექტირება განხილული იქნება შემდგომ ნაბიჯებში. მე გავზომე დაახლოებით 1.9V DC ძაბვა ADC– ის შესასვლელში.

კიდევ ერთი მოთხოვნა, რომელიც მე განვსაზღვრე ანალოგური წინა ხაზისთვის, არ იყო დამატებითი ენერგიის წყაროს მოთხოვნა. მე გადავწყვიტე გამოვიყენო ხმის კარტაში არსებული 5V USB ძაბვა, რომ მივაწოდო ასევე წინა სქემა. ამ მიზნით მე გავწყვიტე საერთო კავშირი აუდიო ჯეკის წვერსა და ბეჭდის კონტაქტებს შორის. ბეჭედი, რომელიც მე გადავწყვიტე გამომეყენებინა სიგნალისთვის (თეთრი მავთული ბოლო სურათზე - ხიდები ასევე AC კონდენსატორი), და ბუდის წვერი გადავწყვიტე გამოვიყენო კვების ბლოკის ტერმინალად - ამ მიზნით დავუკავშირე მას USB 5V ხაზი (წითელი მავთული). ამით დასრულდა აუდიო ბარათის მოდიფიკაცია. ისევ დავხურე.

ნაბიჯი 2: Frontend დიზაინი

ჩემი გადაწყვეტილება იყო ოსცილოსკოპის მუშაობის 3 რეჟიმი:

• DC
• AC
• დაფქული

AC რეჟიმის არსებობა მოითხოვს, რომ შემავალი გამაძლიერებლის შეყვანის / საერთო რეჟიმის ძაბვა ვრცელდებოდეს მიწოდების რელსის ქვეშ. ეს ნიშნავს - გამაძლიერებელს უნდა ჰქონდეს ორმაგი მიწოდება - დადებითი და უარყოფითი.

მინდოდა მქონოდა მინიმუმ 3 შეყვანის ძაბვის დიაპაზონი (შესუსტების კოეფიციენტები)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

ყველა შეცვლა რეჟიმებსა და დიაპაზონს შორის არის წინასწარ შექმნილი მექანიკური სლაიდ 2P3T კონცენტრატორებით.

გამაძლიერებლის უარყოფითი მიწოდების ძაბვის შესაქმნელად გამოვიყენე 7660 დამუხტული ტუმბოს ჩიპი. გამაძლიერებლის მიწოდების ძაბვების სტაბილიზაციისათვის გამოვიყენე TI ორმაგი ხაზოვანი რეგულატორი TPS7A39. ჩიპს აქვს პატარა პაკეტი, მაგრამ PCB– ზე მისი შედუღება არც ისე რთულია. როგორც გამაძლიერებელი გამოვიყენე AD822 opamp. მისი უპირატესობა - CMOS შეყვანა (ძალიან მცირე შეყვანის დენები) და შედარებით მაღალი მოგების სიგანის პროდუქტი. თუ გსურთ გქონდეთ უფრო ფართო გამტარობა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვა კამერა CMOS შეყვანის საშუალებით. სასიამოვნოა ფუნქცია Rail to Rail Input/Output; დაბალი ხმაური, მაღალი დარტყმის სიჩქარე. გამოყენებული ოპამპი გადავწყვიტე მივაწოდო ორი +3.8V / -3.8V მარაგი. უკუკავშირის რეზისტორები გამოითვლება TPS7A39– ის მონაცემთა ცხრილის მიხედვით, რომელიც იძლევა ამ ძაბვებს:

R3 22K

R4 10K

R5 10K

R6 33K

თუ გსურთ გამოიყენოთ ეს ფრონტონდი Arduino– სთან ერთად, შეიძლება დაგჭირდეთ 5V გამომავალი ძაბვის მიღწევა. ამ შემთხვევაში თქვენ უნდა გამოიყენოთ შეყვანის ძაბვა> 6V და დააყენოთ ორმაგი რეგულატორის გამომავალი ძაბვები +5/-5V.

AD822 არის ორმაგი გამაძლიერებელი - პირველი მათგანი გამოიყენებოდა როგორც ბუფერი მეორე გამაძლიერებლის საერთო რეჟიმის ძაბვის დასადგენად, რომელიც გამოიყენება არა შემობრუნებული კონფიგურაციის შესაჯამებლად.

საერთო რეჟიმის ძაბვის რეგულირებისთვის და შემავალი გამაძლიერებლის მომატებისთვის გამოვიყენე ასეთი პოტენომეტრი.

აქ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ LTSPICE სიმულაციური დაყენება, რომელშიც შეგიძლიათ სცადოთ თქვენი გამაძლიერებლის კონფიგურაციის დაყენება.

ჩანს, რომ PCB- ს აქვს მეორე BNC კონექტორი. ეს არის ხმის ბარათის გამომავალი - ორივე არხი ერთმანეთთან არის შეწყვეტილი ორი რეზისტორის საშუალებით - მათი მნიშვნელობა შეიძლება იყოს 30 Ohm - 10 K. დიაპაზონში. ამ გზით ეს კონექტორი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სიგნალის გენერატორი. ჩემს დიზაინში მე არ გამოვიყენე BNC კონექტორი, როგორც გამომავალი - მე უბრალოდ გავამაგრე მავთული და მის ნაცვლად გამოვიყენე ორი ბანანის კონექტორი. წითელი - აქტიური გამომავალი, შავი - სიგნალის საფუძველი.

ნაბიჯი 3: PCB და შედუღება

PCB დამზადებულია JLCPCB– ის მიერ.

ამის შემდეგ დავიწყე მოწყობილობების შედუღება: ჯერ მიწოდების ნაწილი.

PCB მხარს უჭერს ორი ტიპის BNC კონექტორს - თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ რომელი გამოიყენოთ.

შესამცირებელი კონდენსატორები ვიყიდე Aliexpress– დან.

გერბერის ფაილები ჩამოსატვირთად ხელმისაწვდომია აქ.

ნაბიჯი 4: კრივი

მე გადავწყვიტე ეს ყველაფერი პატარა პლასტმასის ყუთში ჩავსვა. მე მქონდა ერთი ხელმისაწვდომი ადგილობრივი მაღაზიიდან. გარე რადიო სიგნალებისადმი მოწყობილობის უფრო მეტად იმუნიტეტისთვის, მე გამოვიყენე სპილენძის ლენტი, რომელიც დავამატე შიდა გარსის კედლებს. როგორც აუდიო ბარათის ინტერფეისი, მე გამოვიყენე ორი აუდიო ბუდე. მე გავაძლიერე ისინი ეპოქსიდური წებოთი. PCB დამონტაჟებული იყო ქვედა კორპუსისგან გარკვეული მანძილით, გამყოფების გამოყენებით. დარწმუნებული ვარ, რომ მოწყობილობა სწორად არის მოწოდებული, მე დავამატე სერია LED 1K რეზისტორით, რომელიც დაკავშირებულია წინა კვანძთან (მიკროფონის გვერდითი ჯეკის წვერი)

ნაბიჯი 5: მოწყობილობა მზადაა

აქ არის აწყობილი მოწყობილობის რამდენიმე სურათი.

ნაბიჯი 6: ტესტირება

მე გამოვცადე ოსცილოსკოპი ამ სიგნალის გენერატორის გამოყენებით. თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ეკრანის ანაბეჭდები ტესტების დროს.

ამ სფეროს გამოყენებით მთავარი გამოწვევა არის საერთო რეჟიმის გამომავალი ძაბვის მორგება აუდიო ბარათის იდენტური. ამის შემდეგ მოწყობილობა მუშაობს ძალიან გლუვად. Arduino– სთან ამ წინა ხაზის გამოყენების შემთხვევაში, საერთო რეჟიმის ძაბვის გასწორების პრობლემა არ უნდა არსებობდეს-ის თავისუფლად შეიძლება მოთავსდეს 0-5V დიაპაზონში და ამის შემდეგ ზუსტად იყოს მორგებული იმ მნიშვნელობაზე, რაც ოპტიმალურია თქვენი გაზომვისთვის. Arduino– ს გამოყენებისას მე ასევე ვთავაზობ კიდევ ერთ მცირე ცვლილებას - გამაძლიერებლის შესასვლელში არსებული ორი პარალელური დაცვის დიოდი შეიძლება გაფართოვდეს ორი 4.7 V ზენერის დიოდებით, რომლებიც დაკავშირებულია სერიულად, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით. ამ გზით შეყვანის ძაბვა იქნება clamped at 3 5.3V იცავს opamp შეყვანის overvoltages.