通过前端将PC声卡变成高速采样示波器的方法

图8. MFB 33 kHz低通滤波器

电路供电

重构滤波器使用的AD783和放大器需要双电源供电。可以使用6节AA电池，3节提供+4.5 V电源，另外3节提供–4.5 V电源。或者，也可以使用单个9 V电池，利用一个电阻分压器来提供作为地的中间电源电压，这将需要由一个运算放大器进行缓冲才能提供电路所需的地电流。第三种方法是使用一个可调线性调节器，产生相对于电池负极的约4.5 V电压，用作接地基准。

第四种方法是使用备用PC或笔记本电脑USB端口提供的+5 V电源。–5 V电源可以由DC/DC电压逆变器产生，例如ADI公司的ADM8829—（表贴封装）。应特别注意避免受到DC/DC电压逆变器产生的开关噪声干扰。

输入衰减器

AD783的小信号增益远高于全摆幅带宽。通过在采样器之前插入一个10:1阻性衰减器以限制最大信号带宽，可以实现远超过20 MHz的可用带宽。多家公司提供成本相对较低的示波器探头，如Syscomp Electronic Design， Ltd2等（图9）。下面是笔者撰写本文时获得的信息：

Syscomp Electronic Design生产的40 MHz带宽、1×/10×可切换型示波器探头（P6040），每对价格$29.99。

图9. P6040 1×/10×示波器探头

HobbyLab3生产的20 MHz 10:1版本示波器探头（GT-P6020），每对价格$19.50。

Gabotronics.com4生产的100 MHz P2100和60 MHz P2060通用探头，每种价格约$10.00。

使用探头

图10、图11和图12所示的声卡5屏幕截图利用P2100 100 MHz 10×探头获取，它可以补偿10 pF至35 pF范围内的输入电容。对于建议的电路，如果PCB板线路长度尽可能保持最短，那么这个调整范围似乎是充足的。采用10×探头时，输入看起来像10 MΩ和18 pF，可以支持最高±30 V的输入电压。

为了展示AD783采样保持输入级的性能，首先利用1 kHz平顶方波调整探头补偿。屏幕截图显示了器件对频率为1 MHz和50 MHz的不同信号的响应。图10中的两个屏幕截图显示单通道情况，（a）为1 MHz、5 V p-p方波，（b）为50 MHz、5 V p-p方波。每种情况下，采样时钟均针对大约500 Hz的下采样信号频率进行调整，以便消除任何声卡响应差异。因此，左边屏幕截图的有效时间刻度为500 ns/分频比，右图为10 ns/分频比。声卡输入增益设置如下：对于1 MHz输入，示波器软件报告1.072 V p-p的幅度；对于50 MHz输入，则报告762.2 mV p-p的幅度。0.7622/1.072接近–3 dB。这一测量结果显示，100 MHz 10×探头和AD783的组合具有50 MHz的3 dB带宽。

（a） （b）

图10. 单通道10×探头：1 MHz （a）和50 MHz （b） 5 V p-p输入方波

图11中，同样的1 MHz （a）和50 MHz信号（b）被施加于两个通道。从两个通道的两幅重叠屏幕截图可以看出，两个通道之间具有良好的增益、失调和延迟匹配。

（a） （b）

图11. 双踪双通道匹配10×探头：1 MHz （a）和50 MHz （b） 5 V p-p输入方波

最后一幅屏幕截图（图12）显示375 kHz、5 V p-p方波（红色线）和1.5 MHz、42 ns宽5 V p-p脉冲（绿色线）的情况。水平刻度为333 ns/分频比。AD783采样器保持完整的5 V摆幅，即便输入这些较窄的42 ns脉冲也是如此。

图12. 双踪双通道、10×探头：375 kHz、5 V p-p方波和1.5 MHz、42 ns 5 V p-p脉冲

作者

Doug Mercer 在1977至2009年间一直在ADI公司从事全职工作，最后14年担任ADI公司研究员。ADI公司高速转换器产品系列的30多款标准产品都有他的贡献，AD783就是其中一款。自2009年起，他转而担任ADI公司的兼职顾问研究员，最近主要是作为ADI公司与伦斯勒理工学院的联络人，从事本科生电气工程教育推广和发展方面的工作。

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