ڈیجیٹل آسیلوسکوپ کے کام کرنے والے اصول اور ساخت
ڈیجیٹل آسیلوسکوپ سسٹم کا ہارڈ ویئر حصہ ایک تیز رفتار ڈیٹا ایکوزیشن سرکٹ بورڈ ہے۔ یہ ڈوئل چینل ڈیٹا ان پٹ کا احساس کر سکتا ہے، اور ہر چینل کی سیمپلنگ فریکوئنسی 60Mbit/s تک پہنچ سکتی ہے۔ فنکشنل طور پر، ہارڈویئر سسٹم کو اس میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: سگنل فرنٹ اینڈ ایمپلیفیکیشن (FET ان پٹ ایمپلیفائر) اور کنڈیشنگ ماڈیول (متغیر گین ایمپلیفائر)، ہائی سپیڈ اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورژن ماڈیول (ADC ڈرائیور، ADC)، FPGA منطق کنٹرول ماڈیول۔ ، گھڑی کی تقسیم، تیز رفتار موازنہ پروسیسر، مائیکرو کنٹرولر کنٹرول ماڈیول (DSP)، ڈیٹا کمیونیکیشن ماڈیول، LCD ڈسپلے، ٹچ اسکرین کنٹرول، پاور اور بیٹری مینجمنٹ اور کی بورڈ کنٹرول۔
ان پٹ سگنل کو پری ایمپلیفائر اور گین ایڈجسٹبل سرکٹ کے ذریعے تبدیل کرنے کے بعد، یہ ایک ان پٹ وولٹیج بن جاتا ہے جو A/D کنورٹر کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ A/D کی تبدیلی کے بعد ڈیجیٹل سگنل FPGA یا حصول میموری میں FIFO کے ذریعے بفر ہوتا ہے، اور پھر کمیونیکیشن انٹرفیس سے گزرتا ہے۔ اسے بعد میں ڈیٹا پروسیسنگ کے لیے کمپیوٹر میں منتقل کیا جاتا ہے، یا جمع کیے گئے سگنلز کو LCD اسکرین پر ڈسپلے کرنے کے لیے مائکرو کنٹرولر کے ذریعے براہ راست کنٹرول کیا جاتا ہے۔
حوالہ جات کے آلات درج ذیل ہیں:
ان حصوں میں سے، سب سے اہم ہیں قابل پروگرام ایمپلیفیکیشن (اٹنیویشن) سرکٹ اور A/D کنورژن سرکٹ، کیونکہ یہ دونوں سرکٹس ڈیجیٹل آسیلوسکوپ کا گلا ہیں، اور پروگرام ایبل ایمپلیفیکیشن (اٹنیویشن) سرکٹ ان پٹ بینڈوتھ اور عمودی کا تعین کرتا ہے۔ آسیلوسکوپ کی قرارداد ، A/D کنورژن سرکٹ آسیلوسکوپ کی افقی ریزولوشن کا تعین کرتا ہے، اور یہ دو ریزولیوشن براہ راست آسیلوسکوپ کی کارکردگی کا تعین کرتے ہیں۔ سرکٹ کے یہ دو حصے ماپا سگنل کو بعد کے پروسیسنگ سرکٹ کے لیے درکار ڈیٹا سگنل میں تبدیل کرتے ہیں۔ سرکٹ کا یہ حصہ اعلیٰ کارکردگی والے مربوط سرکٹس اور بہت کم تعداد میں پردیی آلات پر مشتمل ہو سکتا ہے۔ سرکٹ ڈیزائن آسان ہے اور ڈیبگنگ بھی بہت آسان ہے۔ پورے آسیلوسکوپ کا سب سے مشکل حصہ پروگرام ہونا چاہیے، یعنی سافٹ ویئر کا پہلو۔ یہ سافٹ ویئر ڈیجیٹل آسیلوسکوپ کے تمام ڈیٹا پروسیسنگ اور کنٹرول کے کاموں کے لیے ذمہ دار ہے، بشمول A/D سیمپلنگ کنٹرول، افقی سویپ اسپیڈ کنٹرول، عمودی حساسیت کنٹرول، ڈسپلے پروسیسنگ، چوٹی سے چوٹی کی پیمائش، فریکوئنسی کی پیمائش اور دیگر کام۔ آپ مارکیٹ میں ایک بہت ہی عام مائیکرو کنٹرولر کو بطور مائیکرو پروسیسر استعمال کر سکتے ہیں اور اسے لاگو کرنے کے لیے سی لینگویج پروگرامنگ استعمال کر سکتے ہیں۔
قابل پروگرام امپلیفیکیشن (تقنین) سرکٹ اور پاور سپلائی سرکٹ
سگنل کو ایک عام X10X1 آسیلوسکوپ پروب کے ذریعے داخل کیا جاتا ہے اور ایمپلیفیکیشن (تقنین) سرکٹ میں داخل ہوتا ہے۔ پروگرام کے زیر کنٹرول ایمپلیفیکیشن (اٹینیویشن) سرکٹ کا کام ان پٹ سگنل کو بڑھانا یا کم کرنا ہے تاکہ آؤٹ پٹ سگنل وولٹیج A/D کنورٹر کی ان پٹ وولٹیج کی ضرورت کی حد کے اندر ہو تاکہ بہترین پیمائش اور مشاہدے کے اثرات حاصل کیے جاسکیں۔ لہذا، پروگرام کے زیر کنٹرول یمپلیفائر سرکٹ مخصوص بینڈوڈتھ کے اندر کام کرتا ہے۔ اندر کا فائدہ فلیٹ ہونا چاہیے۔ چونکہ آسیلوسکوپ سرکٹ میں دو حصے ہوتے ہیں، ڈیجیٹل اور اینالاگ، باہمی مداخلت سے بچنے کے لیے، ڈیجیٹل حصے کی بجلی کی فراہمی اور اینالاگ حصے کی بجلی کی فراہمی کو الگ کیا جاتا ہے۔ ±5V DC پاور سپلائی کا ایک سیٹ بالترتیب فراہم کیا جاتا ہے، اور انڈکٹرز اور کیپسیٹرز سے بنے فلٹر کے ذریعے الگ تھلگ کیا جاتا ہے۔
فلیش میموری اور کلاک سرکٹ
چونکہ A/D کنورٹر کے ذریعے کیپچر کیے گئے سگنل ڈیٹا کی مقدار زیادہ ہے، مائیکرو کنٹرولر کے اندر فلیش میموری کافی نہیں ہے، اس لیے سرکٹ کچھ بیرونی میموری استعمال کر سکتا ہے۔
ایک ہی وقت میں، یہ LCD پر لکھنے کے لیے کیشے کے طور پر بھی استعمال ہوتا ہے۔ حوالہ گھڑی سگنل حاصل کرنے کے لیے، مائیکرو کنٹرولر کو ایک کرسٹل آسکیلیٹر سے بھی جوڑا جاتا ہے تاکہ بیرونی ویوفارم سگنل کی اصل فریکوئنسی کا حساب لگایا جا سکے۔
ایف پی جی اے کنٹرول یونٹ
قابل پروگرام لاجک ڈیوائس FPGA ایک نیم حسب ضرورت ASIC ہے جو سرکٹ ڈیزائنرز کو ایپلی کیشن کے مخصوص افعال کو لاگو کرنے کے لیے خود کو پروگرام کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ ڈیزائن اسکیمیٹک ان پٹ اور وی ایچ ڈی ایل لینگویج ان پٹ کے دو مختلف طریقے استعمال کرتا ہے۔ کنٹرول یونٹ کنٹرول کے زیادہ تر کام کرتا ہے اور پورے نظام کی درستگی کو یقینی بنانے کے لیے ہر فنکشنل ماڈیول کے لیے متعلقہ کنٹرول سگنل فراہم کرتا ہے۔ خاص طور پر، یہ مندرجہ ذیل افعال کو لاگو کرتا ہے: فریکوئینسی تقسیم کرنے والا سرکٹ اور A/D کنورٹر کے لیے کنٹرول سگنل پیدا کرنا۔ ڈیٹا کے حصول کے اس نظام کی پیمائش کی حد نسبتاً وسیع ہے۔ ایک فریکوئنسی تقسیم کرنے والا سرکٹ FPGA کے اندر مختلف تعدد کو حاصل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ زیادہ درست ڈیٹا اکٹھا کرنے کو یقینی بنانے کے لیے ناپے ہوئے سگنل کے لیے مختلف نمونے لینے کی فریکوئنسی منتخب کریں۔ فریکوئنسی تقسیم کرنے والے یونٹ کے اندرونی ڈھانچے کا خاکہ گرافک ان پٹ طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے لاگو کیا گیا ہے جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ شکل 4 میں، جب T فلپ فلاپ کا ان پٹ 1 ہے، جب ہر گھڑی کے کنارے فریکوئنسی حاصل کرنے کے لیے پہنچیں گے تو آؤٹ پٹ اچھل جائے گا۔ تقسیم ایک ہی وقت میں، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ T فلپ فلاپ کا ان پٹ کچھ منطقی مجموعوں پر مشتمل ہے، جو گیٹڈ کلاک کو تشکیل دیتا ہے۔ گیٹڈ گھڑیوں کے لیے، خرابیوں کے اثرات سے بچنے کے لیے گھڑی کے فنکشن کا احتیاط سے تجزیہ کریں۔ جب گیٹڈ کلاک درج ذیل دو شرائط کو پورا کرتا ہے، تو یہ یقینی بناتا ہے کہ گھڑی کے سگنل میں خطرناک خرابیاں نہیں ہیں، اور گیٹڈ کلاک عالمی گھڑی کی طرح قابل اعتماد طریقے سے کام کر سکتی ہے۔
اس ڈیزائن میں A/D کنورٹر کے لیے، صرف دو کنٹرول سگنلز ہیں: کلاک ان پٹ سگنل CLK اور ایبل آؤٹ پٹ سگنل OE۔ CLK سگنل براہ راست ایکٹو کرسٹل آسکیلیٹر کے ذریعے 60M سگنل داخل کرتا ہے، جبکہ OE سگنل FPGA کے اندر CLK جیسی فریکوئنسی اور فیز کے ساتھ گھڑی کے سگنل کو الٹ کر حاصل کیا جاتا ہے، جو A/D کے تبادلوں کے وقت کے رشتے کو پورا کر سکتا ہے۔ کنورٹر
تیز رفتار A/D تبدیلی؛ سرکٹ
ڈیجیٹل آسیلوسکوپ میں سب سے اہم سرکٹ A/D کنورژن سرکٹ ہے۔ اس کا کام نمونہ اور پیمائش شدہ سگنل کو ڈیجیٹل سگنل میں تبدیل کرنا اور اسے میموری میں محفوظ کرنا ہے۔ یہ کہنا مبالغہ آرائی نہیں ہے کہ یہ ڈیجیٹل آسیلوسکوپ کا گلا ہے، کیونکہ یہ براہ راست اس اعلی ترین تعدد کا تعین کرتا ہے جس کی ڈیجیٹل آسیلوسکوپ پیمائش کر سکتا ہے۔ Nyquist تھیوریم کے مطابق، نمونے لینے کی فریکوئنسی ناپے ہوئے سگنل کی سب سے زیادہ فریکوئنسی سے کم از کم دو گنا ہونی چاہیے تاکہ ناپے ہوئے سگنل کو دوبارہ پیش کیا جا سکے۔ ڈیجیٹل آسیلوسکوپ میں، نمونے لینے کی فریکوئنسی اس سگنل کی فریکوئنسی سے کم از کم 5 سے 8 گنا زیادہ ہونی چاہیے جس کی پیمائش کی جا رہی ہے، بصورت دیگر سگنل کی ویوفارم کو بالکل بھی نہیں دیکھا جا سکتا۔
