教您通过前端将PC声卡改造为高速采样示波器

有多种软件包可以使个人计算机(PC)中的立体声声卡提供类似示波器的显示，但低采样速率、高分辨率模数转换器(ADC)和交流耦合前端最适合20 kHz及以下的可用带宽。现在，这种有限的带宽可以扩展——针对重复波形，可以在声卡输入前使用一个采样前端。利用高速采样保持器(SHA)对输入波形进行二次采样，然后通过低通滤波器重建波形，并使其平滑，可以有效延展时间轴，使PC能够用作高速采样示波器。本文描述一种能够实现这种改造的前端和探头。

图1所示为一个插入式附件的原理图，它可以配合典型PC声卡采样使用。每个示波器通道使用一个高速采样保持放大器AD783 SHA的采样信号由时钟分频器电路的数字输出提供，下文将通过一个例子说明。AD783输入由一个FET缓冲，因此可以使用简单的交流/直流输入耦合。在所示的两个通道中，当直流耦合跳线开路且输入为交流耦合时，1 MΩ电阻（R1和R3）提供直流偏置。采样输出由图中所示的双极点有源RC网络低通滤波。该滤波器不必是一个有源电路，但所示的滤波器能够提供有益的缓冲低阻抗来驱动PC声卡输入。

图1. 双通道模拟采样电路

AD783 SHA提供高达数MHz的可用大信号带宽。输入端的有效压摆率约为100 V/μs以上。采用±5 V电源时，输入/输出摆幅至少为±3 V。对于500 mV p-p以下的摆幅，小信号3 dB带宽接近50 MHz。

利用图1所示的前端电路以及采用Visual Analyser¹软件的PC声卡，可以得到一个以1 MHz频率重复的2 MHz单周期正弦波，如图2的屏幕截图所示。采样时钟以80.321 kHz的采样速率提供250 ns宽的采样脉冲。这里的有效水平时基为333 ns/分频比。例子中使用的PC声卡采用SoundMax 编解码器，其采样速率为96 kSPS。本例中，有效采样速率约为40 MSPS。

图2. 以1 MHz频率重复的2 MHz单周期正弦脉冲

图3中的屏幕截图显示的是一个以1 MHz频率重复的高斯正弦脉冲。采样时钟速率同样是80.321 kHz，采样脉冲宽度为250 ns。

图3. 以1 MHz频率重复的4 MHz高斯正弦脉冲

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