作者： Antoniu Miclaus，系統(tǒng)應(yīng)用工程師和Doug Mercer，顧問(wèn)研究員

(相關(guān)資料圖)

目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的目標(biāo)是研究一種將模擬信號(hào)連接到ADALM2000模塊的數(shù)字式外部觸發(fā)信號(hào)輸入的電路。

背景知識(shí)

ADALM2000示波器模塊較為常見(jiàn)的觸發(fā)方式是通過(guò)其模擬輸入通道中的一個(gè)觸發(fā)。當(dāng)選擇某個(gè)通道作為觸發(fā)源時(shí)，該模塊將會(huì)顯示出穩(wěn)定的波形，波形的水平時(shí)間刻度以選定通道為基準(zhǔn)（對(duì)齊零時(shí)間點(diǎn)）有時(shí)可能需使用被測(cè)電路中的某個(gè)特定信號(hào)來(lái)觸發(fā)顯示，以便將該信號(hào)的零時(shí)間點(diǎn)作為參考點(diǎn)。ADALM2000硬件提供兩個(gè)外部數(shù)字輸入／輸出，即T1和T0，可被選作觸發(fā)輸入。使用這些數(shù)字輸入時(shí)，顯示的波形將與所施加信號(hào)的上升沿對(duì)齊，即將其設(shè)置為零時(shí)間點(diǎn)。然而這些數(shù)字輸入的輸入電壓范圍應(yīng)該在0 V到5 V之間，并且具有固定的閾值電壓。要將這些外部觸發(fā)輸入與模擬輸入信號(hào)（介于－5 V和＋5 V之間）一起使用，需要借助一個(gè)電壓比較器電路以及可調(diào)電壓源，來(lái)設(shè)置觸發(fā)電壓電平。

材料

ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

無(wú)焊試驗(yàn)板

跳線

一個(gè)AD8561 比較器（或用AD790替代，引腳排列略有不同）

一個(gè)74HC04六路CMOS逆變器（或CD4007，見(jiàn)附錄）

三個(gè)1 kΩ電阻

一個(gè)1 MΩ電阻

一個(gè)10 kΩ電位計(jì)

一個(gè)0．1 μF電容

一個(gè)0．0047 μF電容

說(shuō)明

在無(wú)焊試驗(yàn)板上構(gòu)建圖1所示的電路。AD8561模擬比較器具有同相（正端）和反相（負(fù)端）輸出。第一個(gè)反相器的輸入可以交替連接到引腳7輸出（上升沿觸發(fā)）或引腳8輸出（下降沿觸發(fā)）。從將其連接到引腳7開(kāi)始。建議使用74HC04六通道反相器，也可以用CD4069六通道反相器代替，或者使用CD4007晶體管陣列構(gòu)建兩個(gè)反相器（參見(jiàn)附錄）。

AD8561的帶寬非常高，會(huì)對(duì)輸入信號(hào)中可能存在的任何高頻噪聲作出響應(yīng)。如果輸入信號(hào)接近閾值電壓（VTH），其輸出將會(huì)非?？焖俚貋?lái)回切換多次。此噪聲會(huì)導(dǎo)致屏幕上顯示來(lái)回跳動(dòng)或起伏較大的波形，看起來(lái)不太穩(wěn)定。利用電阻R5和電容C2形成一個(gè)低通濾波器，并插在兩個(gè)反相器級(jí)之間，可以減少這些非常快速的開(kāi)關(guān)尖峰。該濾波器的時(shí)間常數(shù)將根據(jù)用作外部觸發(fā)信號(hào)的信號(hào)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。

圖1．模擬觸發(fā)電路

硬件設(shè)置

波形發(fā)生器AWG1應(yīng)配置為三角波，峰峰值幅度為8 V，偏置為0 V，頻率為5 kHz。設(shè)置示波器的水平和垂直刻度，以至少顯示輸入三角波形的一個(gè)完整周期。確保在反復(fù)檢查電路連接之后，再打開(kāi)電源。

圖2．模擬觸發(fā)試驗(yàn)板電路

程序步驟

首先將示波器觸發(fā)源設(shè)置為通道1，上升沿觸發(fā)，電平設(shè)置為0 V。此時(shí)通道1上三角波的上升沿中心應(yīng)該位于水平軸的零時(shí)間點(diǎn)上。根據(jù)電位器R3的設(shè)置，通道2上第二反相器的數(shù)字輸出的上升沿應(yīng)在水平軸上以不同的時(shí)間出現(xiàn)。將R3從其范圍的一端調(diào)整到另一端，觀察通道2脈沖的上升沿相對(duì)于三角波電壓（垂直軸）的時(shí)間點(diǎn)變化情況。

圖3．不同電位器值對(duì)應(yīng)的示波器通道1上升沿觸發(fā)信號(hào)的示波器截圖

現(xiàn)在將示波器觸發(fā)源切換到外部1（T1輸入），重復(fù)R3從其范圍的一端調(diào)整到另一端的操作。沿著上升沿的任何位置，都應(yīng)該可以對(duì)齊零時(shí)間點(diǎn)。

圖4．不同電位器值對(duì)應(yīng)的示波器外部觸發(fā)信號(hào)上升沿的示波器截圖

現(xiàn)在將第一個(gè)反相器的輸入移至AD8561的引腳8?，F(xiàn)在零時(shí)間點(diǎn)應(yīng)與輸入三角波的下降沿對(duì)齊。再次重復(fù)R3的掃描，確認(rèn)沿著下降沿的任何位置都可以對(duì)齊零時(shí)間點(diǎn)。

問(wèn)題：

除了RC濾波器之外，還有哪些方法可以用來(lái)消除比較器的噪聲抖動(dòng)？

您可以在學(xué)子專區(qū)論壇上找到問(wèn)題答案。

附錄：使用CD4007晶體管陣列構(gòu)建反相器

圖5顯示了CD4007的原理圖和引腳排列。

圖5．CD4007 CMOS晶體管陣列引腳排列

從一個(gè)CD4007封裝可以構(gòu)建多達(dá)三個(gè)單獨(dú)的反相器。圖6所示為最簡(jiǎn)單的配置，即將引腳8和13連接在一起作為反相器輸出。引腳6將作為輸入端。務(wù)必將引腳 14 VDD連接到電源，將引腳 7 VSS連接到地。

圖6．反相器電路

第二個(gè)反相器是通過(guò)將引腳2連接到VDD且將引腳4連接到VSS來(lái)構(gòu)建的；引腳1和5連接在一起作為輸出，引腳3作為輸入。第三個(gè)反相器是通過(guò)將引腳11連接到VDD且將引腳9連接到VSS來(lái)構(gòu)建的；引腳12為輸出，引腳10為輸入。

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關(guān)于ADI公司

Analog Devices， Inc． （NASDAQ： ADI）是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過(guò)120億美元，全球員工2．4萬(wàn)余人。攜手全球12．5萬(wàn)家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。

關(guān)于作者

Antoniu Miclaus現(xiàn)為ADI公司的系統(tǒng)應(yīng)用工程師，從事ADI教學(xué)項(xiàng)目工作，同時(shí)為Circuits from the Lab®、QA自動(dòng)化和流程管理開(kāi)發(fā)嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日－納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學(xué)軟件工程碩士項(xiàng)目的理學(xué)碩士生，擁有克盧日－納波卡科技大學(xué)電子與電信工程學(xué)士學(xué)位。

Doug Mercer于1977年畢業(yè)于倫斯勒理工學(xué)院（RPI），獲電子工程學(xué)士學(xué)位。自1977年加入ADI公司以來(lái)，他直接或間接貢獻(xiàn)了30多款數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，并擁有13項(xiàng)專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年，他從全職工作轉(zhuǎn)型，并繼續(xù)以名譽(yù)研究員身份擔(dān)任ADI顧問(wèn)，為“主動(dòng)學(xué)習(xí)計(jì)劃”撰稿。2016年，他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。

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