Stap 9: Circuit beschrijving - Analog Frontend
Ten eerste is het inkomend signaal verzwakt door een factor 4. Dit verhoogt de maximale spanning tot 20V. Aangezien de latere circuits niet kunnen omgaan met negatieve spanning (eenvoudig te houden het circuit, het toepassingsgebied heeft slechts één + 5V levering en geen negatieve aanbod), de enige manier om de negatieve signalen meten is om hen naar boven verplaatsen met een programmeerbare compenseren spanning geboden door een digitaal-naar-analoog-converter (zie volgende pagina). Op deze manier het toepassingsgebied spanningen tussen - 12V kunt weergeven en + 20V max.
De twee diodes fungeren als input bescherming, geen signalen naar de voorversterker die hoger zijn dan ofwel knippen + 5V of 0V door meer dan één diode neerzetten.
De voorversterker OP1, een Microchip MCP6022, produceert twee gebufferde exemplaren van het input signaal, een
met 1, één met winst 10, die kunnen worden geselecteerd door de latere fase te krijgen. Naast versterking (de winst = 10 versie), deze buffer is ook nodig omdat de volgende fase niet vriendelijk op een input circuit met een te hoge impedantie reageert (dwz te weinig kracht uit het station) - wild oscillaties zou het resultaat (natuurlijk ik moest dit experimenteel uitproberen, en inderdaad "interessant" maar niet echt bruikbaar gedrag was het resultaat). De MCP6022 heeft een versterking-bandbreedte product van 10 MHz, dus op een winst van 10 we ongeveer 1 MHz bandbreedte - meer dan voldoende verwachten kunnen omdat onze samplefrequentie al ons tot minder beperkt.
De ingangsimpedantie van onze oscilloscoop - bepaald door de ingangsverzwakker - is 133 kOhm. Ik zou hebben bemind te maken 1 MOhm dus men gebruik van standaard 1:10 maken kan sondes die moeten deze impedantie te werken, maar de invoer capaciteit van OP1 is te hoog - waardoor de ingangsverzwakker weerstand te groot de bandbreedte te veel beperkt. In mijn experimenten een 1 MOhm divider resulteerde in een miezerig 60 kHz voor totale bandbreedte, terwijl het huidige ontwerp ongeveer 400 kHz biedt (die keurig beantwoordt de steekproef tarief beperking - Zie de stelling van Nyquist!). U kunt ten minste nog een standaard 1:1 sonde, en in ieder geval zou ik niet aanraden spanningen groter dan 20V op dit ontwerp toe te passen. (Opmerking: Ik heb onlangs een eenvoudige compensatie circuit waarmee 1 MOhm impedantie, alsmede hogere bandbreedte (1 MHz) ontworpen - zie volgende stap voor meer details).
De tweede fase in onze signaal-keten is een programmeerbare winst versterker (PGA). Ik koos voor de MCP6S22 van de Microchip, die biedt een product van de winst-bandbreedte van maximaal 12 MHz (nogmaals, meer dan genoeg) en instelbare winst instellingen van 1, 2, 4, 5, 8, 10, 16 en 32 heeft. De hogere krijgen instellingen bleek nogal gevoelig voor trillingen (het gegevensblad waarschuwt al over dat, maar ik had nog om te proberen:-), dus dat is waarom mijn ontwerp alleen gebruik krijgt maximaal 10. Krijgen samen met de voorversterker en de verzwakker dat een totaal geeft bereik van 0,25 tot 25, voldoende voor de meeste toepassingen. Het beste van alles, zijn er geen bewegende delen (zoals Relais)! De PGA heeft twee selecteerbare "inputs" die ik gebruik om te schakelen tussen de twee exemplaren van het vooraf versterkte signaal, en het communiceert met de microcontroller via de bus SPI.
