ADALM2000:多种仪器,合而为一

随着电子专业学生和爱好者们升级自己的硬件系统,他们逐渐开始接触信号发生器、示波器、逻辑分析仪等仪器设备。这些独立的仪器可能要花费很多钱(通常数百美元,甚至数千美元),并需要很大的空间来使用和摆放。

这时, ADALM2000 就有了用武之地。它是一款通过USB供电的信 号激励测量单元,经济实惠,扩展了 ADALM1000主动学习模块 的功能(有关ADALM1000的更多信息和应用,可查看我们之前 的学子专区 文章)。

图1. ADALM2000概览

ADALM2000主动学习模块的设计考虑到了各种水平、不同背景的学生和电子爱好者们,易于上手的设计保证了使用者既可以在教师的辅导下学习,也可以自学。小巧的模块可以助你探索数十兆赫兹范围的信号与系统的世界,也为攻读科学、技术或工程学位打下基础,而无需花费巨资购买庞大的传统实验装备。

图2. ADALM2000模块

该模块包含了采样率为100 MSPS的12位ADC和150 MSPS的12位DAC,能让小巧的口袋仪器发挥出高性能。想要掌握它的功能,用户不仅需要了解内部的器件,还需要了解每个器件的基本功能。

图3. ADALM2000引脚排列

T该硬件模块包含以下特性:

  • USB 2.0设备和OTG(支持LAN和Wi-Fi)
  • 两个通用模拟输入:

    • 差分、±25 V、1 MΩ||30 pF、12位、100 MSPS ADC,25 MHz 带宽
  • 两个通用模拟输出:

    • 单端、±5 V、50Ω、12位、150 MSPS DAC,30 MHz带宽
  • 两个可变电源

    • 0 V至5 V,-5 V至0 V,50 mA
  • 16个数字输入输出引脚s

    • 3.3 V,1.8 V,100 MSPS,兼容5 Vt
  • 两个数字触发器

    • 3.3 V或1.8 V,100 MSPS,兼容5 V

通过图3所示器件的输出引脚可以连接内部的硬件单元。该模块配有2x15根彩色电缆作为连接线,通过颜色可以直观地分辨出连接线连接到了哪个功能模块。

Scopy软件功能

与PC配合使用时,ADALM2000可以充当便携实验室,可增强课堂学习效果。ADI公司的Scopy软件包支持ADALM2000,它提供直观的用户图形界面(GUI),让学生可以更快速地掌握知识,更巧妙地开展工作并探索更多知识。Scopy基于开源技术,任何人都能测试其源代码并添加新特性。

图4. Scopy GUI

Scopy利用ADALM2000的特性设计了如下功能:

  • 电压表
  • 数字示波器
  • 频谱分析仪
  • 电源
  • 函数发生器
  • 任意波形发生器
  • 2端口网络分析仪
  • 带总线分析仪的数字逻辑分析仪
  • 数字模式发生器
  • 数字静态输入/输出

有关如何使用每种仪器的详细信息,请参见 Scopy wiki页面

使用ADALM2000可以做什么?

ADI公司提供了一系列基于ADALM2000的实验室应用实例可供电 子和相关知识领域的学生学习,包括通信电路、电源管理电 路等等。所有资源和示例均可在ADI公司的ADALM2000实验材料 页面上找到。您还可以前往 EngineerZone® 教育部分,查看有关 ADALM2000/ADALM1000/ADALM-PLUTO的最新 博客文章

现在我们开始进行一个数字模拟转换器的基础实验,探索ADALM2000模块提供的数字和模拟功能。R-2R梯形电阻网络是最常见的数模转换器模块结构之一,它只使用的两种不同组值的电阻,阻值比为2:1。N位DAC需要2N个电阻。

在电压模式下,R-2R梯形电阻网络的支路(如图5所示)被数字编码D0-7驱动,其中数字0代表驱动电平为 VREF– ,数字1代表驱动电平为 VREF++。根据输入的数字编码, VLADDER (如图5所示5) 将在两个基准电平之间变化。两个基准电压的负基准电压 (VREF–)通常为地(0 V),正基准电压 (VREF+) 我们将其设置为电源电压(3.3 V)。

图5. R-2R梯形电阻网络电路
F图6. R-2R梯形电阻网络电路面包板连接

Materials:

  • ADALM2000主动学习模块
  • 面包板
  • 跳线
  • 9个20 kΩ电阻
  • 9个10 kΩ电阻
  • 一个OP27放大器

在面包板上构建图6所示的8级梯形电阻电路。将八个数字输出、示波器通道和AWG输出连接到梯形电阻电路中,如图所示。注意将电源连接到运算放大器电源引脚。

当安装R1和R2时,设置AWG1的直流电压与DAC的 VREF+ +相等,即等于CMOS数字输出的+3.3 V电源电压。此时输出电压为双极性,其摆幅为-3.3 V至+3.3 V。断开AWG1并移除电阻R1,输出电压为单极性,摆幅为0 V至+3.3 V。启动Scopy软件。打开 模式发生器界面。选择DIO 0至DIO 7,并将其组成一个分组。设置参频率设置为256 kHz。此时能看到类似图7所示的内容。最后,点击 运行 按钮。

图7. 模式发生器界面

打开示波器界面,开启通道2,并将时基设置为200μs/div,点击绿色 运行 按钮开始运行。有时可能还需要调整通道的垂直范围,初始条件下,1 V/div是比较合适,通过示波器界面能看到(图4)电压从0 V上升到3.3 V,斜坡信号的周期应为1 ms。

图8. 示波器界面

改变数字模式。例如,您可以尝试随机模式,或者加载自定义模式。其中加载自定义模式的方法是生成一个有一列介于0到 255(对于8位宽总线)之间的数字的纯文本*.csv文件。以下是一些预先制作好的波形文件,您可以加载并作为自定义模式文件使用: 正弦波、三角波、高斯信号等

Q问题:

  • 使用欧姆定理和并联电阻公式计算,当D7和D6输入端施加不同的基准电压时(0 V和3.3 V),R-2R DAC的输出电压是多少?请将结果呈现为表格。
  • 当输入D6连接到3.3 V且D7接地时,流过该电阻网络的电流将是多少?

你可以在 学子专区博客找到答案。


作者

Antoniu Miclaus

Antoniu Miclaus

Antoniu Miclaus [antoniu.miclaus@analog.com]是ADI公司的系统应用工程师,从事ADI学术项目、Circuits from the Lab®嵌入式软件和QA过程管理工作。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡开始在ADI公司工作。

他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生,拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。

Doug Mercer

Doug Mercer

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。