ডিজিটাল অসিলোস্কোপের কাজের নীতি এবং কাঠামো

ডিজিটাল অসিলোস্কোপের কাজের নীতি এবং কাঠামো

ডিজিটাল অসিলোস্কোপ সিস্টেমের হার্ডওয়্যার অংশটি একটি উচ্চ-গতির ডেটা অধিগ্রহণ সার্কিট বোর্ড। এটি দ্বৈত-চ্যানেল ডেটা ইনপুট উপলব্ধি করতে পারে এবং প্রতিটি চ্যানেলের স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি 60Mbit/s এ পৌঁছাতে পারে। কার্যকরীভাবে, হার্ডওয়্যার সিস্টেমকে ভাগ করা যেতে পারে: সিগন্যাল ফ্রন্ট-এন্ড অ্যামপ্লিফিকেশন (এফইটি ইনপুট অ্যামপ্লিফায়ার) এবং কন্ডিশনিং মডিউল (ভেরিয়েবল গেইন এমপ্লিফায়ার), হাই-স্পিড অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্সন মডিউল (ADC ড্রাইভার, ADC), FPGA লজিক কন্ট্রোল মডিউল। , ঘড়ি বিতরণ, উচ্চ গতির তুলনা প্রসেসর, মাইক্রোকন্ট্রোলার কন্ট্রোল মডিউল (ডিএসপি), ডেটা কমিউনিকেশন মডিউল, এলসিডি ডিসপ্লে, টাচ স্ক্রিন নিয়ন্ত্রণ, পাওয়ার এবং ব্যাটারি ব্যবস্থাপনা এবং কীবোর্ড নিয়ন্ত্রণ।

ইনপুট সিগন্যাল প্রিমপ্লিফায়ার এবং গেইন-অ্যাডজাস্টেবল সার্কিট দ্বারা রূপান্তরিত হওয়ার পরে, এটি একটি ইনপুট ভোল্টেজে পরিণত হয় যা A/D রূপান্তরকারীর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। A/D রূপান্তরের পরে ডিজিটাল সংকেত FPGA বা অধিগ্রহণ মেমরিতে FIFO দ্বারা বাফার করা হয় এবং তারপর যোগাযোগ ইন্টারফেসের মধ্য দিয়ে যায়। এটি পরবর্তী ডেটা প্রক্রিয়াকরণের জন্য কম্পিউটারে প্রেরণ করা হয়, অথবা সংগৃহীত সংকেতগুলি LCD স্ক্রিনে প্রদর্শনের জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলার দ্বারা সরাসরি নিয়ন্ত্রিত হয়।

রেফারেন্স ডিভাইসগুলি নিম্নরূপ:
এই অংশগুলির মধ্যে, সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণগুলি হল প্রোগ্রামেবল অ্যামপ্লিফিকেশন (এটেন্যুয়েশন) সার্কিট এবং A/D রূপান্তর সার্কিট, কারণ এই দুটি সার্কিট হল ডিজিটাল অসিলোস্কোপের গলা, এবং প্রোগ্রামেবল অ্যামপ্লিফিকেশন (এটেন্যুয়েশন) সার্কিট ইনপুট ব্যান্ডউইথ এবং উল্লম্ব নির্ধারণ করে। অসিলোস্কোপের রেজোলিউশন। , A/D রূপান্তর সার্কিট অসিলোস্কোপের অনুভূমিক রেজোলিউশন নির্ধারণ করে, এবং এই দুটি রেজোলিউশন সরাসরি একটি অসিলোস্কোপের কার্যকারিতা নির্ধারণ করে। সার্কিটের এই দুটি অংশ পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণ সার্কিটের জন্য প্রয়োজনীয় ডেটা সিগন্যালে পরিমাপকৃত সংকেতকে রূপান্তরিত করে। সার্কিটের এই অংশটি উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন সমন্বিত সার্কিট এবং অল্প সংখ্যক পেরিফেরাল ডিভাইসের সমন্বয়ে গঠিত হতে পারে। সার্কিট ডিজাইন সহজ এবং ডিবাগিংও খুব সহজ। সম্পূর্ণ অসিলোস্কোপের সবচেয়ে কঠিন অংশটি হওয়া উচিত প্রোগ্রাম, অর্থাৎ সফ্টওয়্যার দিকটি। সফ্টওয়্যারটি ডিজিটাল অসিলোস্কোপের সমস্ত ডেটা প্রক্রিয়াকরণ এবং নিয়ন্ত্রণ কাজের জন্য দায়ী, যার মধ্যে A/D স্যাম্পলিং নিয়ন্ত্রণ, অনুভূমিক সুইপ গতি নিয়ন্ত্রণ, উল্লম্ব সংবেদনশীলতা নিয়ন্ত্রণ, প্রদর্শন প্রক্রিয়াকরণ, পিক-টু-পিক পরিমাপ, ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ এবং অন্যান্য কাজ রয়েছে। আপনি একটি মাইক্রোপ্রসেসর হিসাবে বাজারে একটি খুব সাধারণ মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার করতে পারেন এবং এটি বাস্তবায়নের জন্য C ভাষা প্রোগ্রামিং ব্যবহার করতে পারেন।

প্রোগ্রামেবল অ্যামপ্লিফিকেশন (এটেন্যুয়েশন) সার্কিট এবং পাওয়ার সাপ্লাই সার্কিট
সংকেতটি একটি সাধারণ X10X1 অসিলোস্কোপ প্রোব দ্বারা ইনপুট করা হয় এবং প্রশস্তকরণ (এটেন্যুয়েশন) সার্কিটে প্রবেশ করে। প্রোগ্রাম-নিয়ন্ত্রিত অ্যামপ্লিফিকেশন (এটেন্যুয়েশন) সার্কিটের কাজ হল ইনপুট সিগন্যালকে প্রশস্ত করা বা কমানো যাতে আউটপুট সিগন্যাল ভোল্টেজ A/D কনভার্টারের ইনপুট ভোল্টেজের প্রয়োজনীয় সীমার মধ্যে থাকে যাতে সর্বোত্তম পরিমাপ এবং পর্যবেক্ষণ প্রভাবগুলি অর্জন করা যায়। অতএব, প্রোগ্রাম-নিয়ন্ত্রিত পরিবর্ধক সার্কিট নির্দিষ্ট ব্যান্ডউইথের মধ্যে কাজ করে। মধ্যে লাভ সমতল হতে হবে. যেহেতু অসিলোস্কোপ সার্কিটে দুটি অংশ রয়েছে, ডিজিটাল এবং এনালগ, পারস্পরিক হস্তক্ষেপ এড়াতে, ডিজিটাল অংশের পাওয়ার সাপ্লাই এবং এনালগ অংশের পাওয়ার সাপ্লাই আলাদা করা হয়। ±5V DC পাওয়ার সাপ্লাইয়ের একটি সেট যথাক্রমে প্রদান করা হয়, এবং ইন্ডাক্টর এবং ক্যাপাসিটর দিয়ে তৈরি একটি ফিল্টার দ্বারা বিচ্ছিন্ন করা হয়।

ফ্ল্যাশ মেমরি এবং ক্লক সার্কিট

যেহেতু A/D কনভার্টার দ্বারা ক্যাপচার করা সিগন্যাল ডেটার পরিমাণ বড়, মাইক্রোকন্ট্রোলারের ভিতরে ফ্ল্যাশ মেমরি যথেষ্ট নয়, তাই সার্কিট কিছু বাহ্যিক মেমরি ব্যবহার করতে পারে।

একই সময়ে, এটি এলসিডিতে লেখার জন্য ক্যাশে হিসাবেও ব্যবহৃত হয়। রেফারেন্স ক্লক সিগন্যাল পাওয়ার জন্য, মাইক্রোকন্ট্রোলারটি বাহ্যিক তরঙ্গরূপ সংকেতের প্রকৃত ফ্রিকোয়েন্সি গণনা করতে একটি ক্রিস্টাল অসিলেটরের সাথেও সংযুক্ত থাকে।

FPGA কন্ট্রোল ইউনিট
প্রোগ্রামেবল লজিক ডিভাইস এফপিজিএ হল একটি আধা-কাস্টম ASIC যা সার্কিট ডিজাইনারদের অ্যাপ্লিকেশন-নির্দিষ্ট ফাংশন বাস্তবায়নের জন্য নিজেদের প্রোগ্রাম করতে দেয়। এই নকশা দুটি ভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করে পরিকল্পিত ইনপুট এবং VHDL ভাষা ইনপুট। কন্ট্রোল ইউনিট বেশিরভাগ কন্ট্রোল টাস্ক বহন করে এবং সমগ্র সিস্টেমের সঠিকতা নিশ্চিত করার জন্য প্রতিটি কার্যকরী মডিউলের জন্য সংশ্লিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সংকেত প্রদান করে। বিশেষত, এটি নিম্নলিখিত ফাংশনগুলি প্রয়োগ করে: ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন সার্কিট এবং A/D রূপান্তরকারীর জন্য নিয়ন্ত্রণ সংকেত তৈরি করা। এই তথ্য অধিগ্রহণ সিস্টেম একটি অপেক্ষাকৃত ব্যাপক পরিমাপ পরিসীমা আছে. একটি ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন সার্কিট বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সি অর্জনের জন্য FPGA এর ভিতরে ডিজাইন করা হয়েছে। আরও সঠিক তথ্য সংগ্রহ নিশ্চিত করতে পরিমাপ করা সংকেতের জন্য বিভিন্ন নমুনা ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করুন। ফ্রিকোয়েন্সি বিভাজন ইউনিটের অভ্যন্তরীণ কাঠামো চিত্রটি চিত্র 4-এ দেখানো গ্রাফিক ইনপুট পদ্ধতি ব্যবহার করে প্রয়োগ করা হয়েছে। চিত্র 4-এ, যখন T ফ্লিপ-ফ্লপের ইনপুট 1 হয়, প্রতিটি ঘড়ির প্রান্ত ফ্রিকোয়েন্সি অর্জনের জন্য পৌঁছালে আউটপুট লাফিয়ে উঠবে। বিভাগ একই সময়ে, আমরা দেখতে পাচ্ছি যে T ফ্লিপ-ফ্লপের ইনপুট কিছু যৌক্তিক সমন্বয় দ্বারা গঠিত, যা গেটেড ঘড়ি গঠন করে। গেটেড ঘড়ির জন্য, গ্লিচের প্রভাব এড়াতে ঘড়ির কার্যকারিতা সাবধানে বিশ্লেষণ করুন। যখন গেট করা ঘড়িটি নিম্নলিখিত দুটি শর্ত পূরণ করে, তখন এটি নিশ্চিত করতে পারে যে ঘড়ির সংকেতটিতে বিপজ্জনক ত্রুটি নেই এবং গেটেড ঘড়ি বিশ্বব্যাপী ঘড়ির মতো নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে পারে।

এই ডিজাইনে A/D রূপান্তরকারীর জন্য, শুধুমাত্র দুটি নিয়ন্ত্রণ সংকেত রয়েছে: ঘড়ি ইনপুট সংকেত CLK এবং সক্রিয় আউটপুট সংকেত OE। CLK সংকেত সরাসরি সক্রিয় ক্রিস্টাল অসিলেটরের মাধ্যমে একটি 60M সংকেত ইনপুট করে, যখন OE সংকেতটি FPGA-এর ভিতরে CLK-এর মতো একই ফ্রিকোয়েন্সি এবং ফেজ সহ ঘড়ির সংকেতকে উল্টে দিয়ে প্রাপ্ত হয়, যা A/D-এর রূপান্তর সময়ের সম্পর্ককে পূরণ করতে পারে। রূপান্তরকারী

উচ্চ গতির A/D রূপান্তর; সার্কিট
একটি ডিজিটাল অসিলোস্কোপের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সার্কিট হল A/D রূপান্তর সার্কিট। এর কাজ হল নমুনা করা এবং পরিমাপ করা সংকেতকে ডিজিটাল সিগন্যালে রূপান্তর করা এবং মেমরিতে সংরক্ষণ করা। এটা বলা অত্যুক্তি নয় যে এটি ডিজিটাল অসিলোস্কোপের গলা, কারণ এটি সরাসরি নির্ধারণ করে সর্বোচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি যা একটি ডিজিটাল অসিলোস্কোপ পরিমাপ করতে পারে। Nyquist উপপাদ্য অনুসারে, পরিমাপ করা সংকেত পুনরুত্পাদনের জন্য স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি অবশ্যই মাপা সংকেতের সর্বোচ্চ কম্পাঙ্কের দ্বিগুণ হতে হবে। একটি ডিজিটাল অসিলোস্কোপে, স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি পরিমাপ করা সিগন্যালের কম্পাঙ্কের কমপক্ষে 5 থেকে 8 গুণ হওয়া উচিত, অন্যথায় সিগন্যালের তরঙ্গরূপটি মোটেই পর্যবেক্ষণ করা যাবে না।