USB анализатор сигналов LESO4

В постановке лабораторного практикума по электротехническим дисциплинам без дорогостоящего измерительного оборудования обойтись сложно. Наиболее востребованы такие приборы как цифровой вольтметр, осциллограф, анализатор спектра. Анализатор сигналов объединяет в себе все эти приборы, при этом 4 независимых измерительных канала позволяют контролировать сигнал в четырех точках схемы.

Анализатор сигналов предназначен для работы с персональным компьютером (ПК). Все индикаторы и органы управления отображаются на мониторе ПК. Питание осуществляется от шины USB. В совокупности с персональным компьютером или ноутбуком устройство представляет собой многофункциональный аппаратно-программный измерительный комплекс. Возможности комплекса позволяют использовать его в учебных лабораториях.

Особенность анализатора сигналов LESO4:

• 4 независимых канала.
• Функциональность осциллографа.
• Полоса пропускания 5 МГц.
• Частота дискретизации в реальном времени до 50 МГц.
• Диапазон входных напряжений до 20 В.
• Длина памяти до 16к отсчетов на каждый канал.
• Анализатор спектра.
• Режим цифрого вольтметра.
• Интерфейс USB, ПО под ОС Windows XP и старше.
• Возможность оперативной модернизации ПО.
• Универсальная система сохранения результатов.
• Питание и управление по USB.

Программное обеспечение, выполняемое на компьютере, разработано в программной среде LabVIEW. Пакет LabVIEW является одним из лучших средств для инструментального управления и сбора цифровых данных или представления их на мониторе ПК. С общей точки зрения графическая среда LabVIEW проста для сборки и понимания. Программное обеспечение анализатора сигналов разработано в двух видах – как отдельная библиотека готовых модулей (виртуальных приборов) с открытым кодом для самостоятельной работы с прибором в среде LabVIEW, и готовой многофункциональной программы, позволяющей максимально раскрыть потенциал измерительного устройства.

Технические характеристики измерительного комплекса
характеристика параметры значение вход количество каналов 4 полоса пропускания 5 МГц вертикальное разрешение 8 бит C увеличением коэффициента развертки, разрешение увеличивается коэффициент отклонения 100 мВ/дел, 250 мВ/дел, 1 В/дел, 2,5 В/дел, 5 В/дел входное сопротивление не менее 1 МОм, не более 18 пФ погрешность коэффициента отклонения не более 2% от полного диапазона максимальное входное напряжение 50 В(при включенном питании) тип связи открытый/закрытый вход временные характеристики частота дискретизации 50 МГц коэффициент развертки 0,5 мкс/дел ... 2 мс/дел (шаг 1-2-5) размер буфера 1к – 16к выборок на канал синхронизация источник каналы: A, B, C, D режимы по левому краю, по центру, по правому краю тип по фронту, по спаду. измерения и вычисления вычисление среднее, эффективное, амплитудное напряжение, математическое ожидание, дисперсия. курсорные измерения период, амплитуда, частота, амплитуды гармоник. спектральный анализ диапазоны частот 0 – 2,5 кГц ... 0 – 10 МГц (шаг 5-10-25) диапазон амплитуд +30 дБ – -40дБ тип окон прямоугольное, треугольное, плоская вершина, Хеннинга, Хемминга, Блэкмана, Блэкмана – Харриса, Бохмана, Парцена, Уэлша, Кайзера, Гаусса. режимы линейный (В), логарифмический (дБ) масштаб по вертикали. плотность распределения (гистограмма) опции установка границ диапазона, выбор количества шагов. измерение математическое ожидание, дисперсия. возможности программы сохранение данных графический файл (png, jpg, bmp) или отсчеты (txt) поддержка ОС Linux (Ubuntu, Kubintu, Debian), Windows XP и старше.

Структурная схема анализатора сигналов LESO4 изображена на рисунке ниже. Устройство имеет четыре симметричных канала аналогового ввода. Измеряемый сигнал поступает на управляемый аттенюатор, обеспечивающий высокое входное сопротивление (1МОм). Аттенюатор реализует переключение пределов измерения, а также закрытый и открытый вход, имеет четыре дискретных откалиброванных значения ослабления.

Для устранения эффекта наложения (aliasing) спектров, который возникает при дискретизации сигнала, используется специальный фильтр низких частот. Такой фильтр должен обладать линейной фазовой характеристикой в полосе пропускания. Для таких целей подходит фильтр Бесселя. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики скомпенсирована цифровым фильтром.

В анализаторе сигналов используются 8-битные АЦП фирмы Analog Devices, частота дискретизации которых равна 50 МГц. АЦП имеют параллельный цифровой выход. Работой АЦП управляет программируемая логическая интегральная схема структуры FPGA (field-programmable gate array) (ПЛИС). Задача ПЛИС – одновременный опрос всех АЦП на рабочей частоте 50 МГц, фильтрация и децимация сигнала, результат предварительной цифровой обработки храниться в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) и в дальнейшем через интерфейс FIFO (first-in, first-out) передается в USB компьютер.

Более подробная информация о принипах функционирования USB-осциллографа можно найти в статье Разработка Цифрового Анализатора Сигналов на Базе ПЛИС FPGA

В комплект анализатора входят:

• Измерительный модуль
• Кабель USB A-B
• Программное обеспечение