开源示波器Scopefun介绍、原理图学习

介绍Scopefun是网上开源的示波器，他的功能和规格如下：项目的官网：https://www.scopefun.com/固件、软件、硬件都可以在gitlab上下载：https://gitlab.com/scopefun，PCB需要使用开源的画图软件kicad打开。原理图的PDF，在这里下载，推荐下载下来然后再跟着我后面的讲解来一起学习。因为此示波器是通过USB把数据传到PC进行显示，因此还有个配

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【ql君】qlexcel

11847人浏览 · 2021-07-28 22:40:34

【ql君】qlexcel · 2021-07-28 22:40:34 发布

介绍

Scopefun是网上开源的示波器，他的功能和规格如下：
在这里插入图片描述

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项目的官网：https://www.scopefun.com/
固件、软件、硬件都可以在gitlab上下载：https://gitlab.com/scopefun，PCB需要使用开源的画图软件kicad打开。
原理图的PDF，在这里下载，推荐下载下来然后再跟着我后面的讲解来一起学习。
因为此示波器是通过USB把数据传到PC进行显示，因此还有个配套的上位机。可以在如下地址下载：https://link.csdn.net/?target=https%3A%2F%2Fwww.scopefun.com%2Fdownload

原理图学习

接下来学习下此示波器的原理图。

模拟信号输入接口

在这里插入图片描述

通道输入有防雷管保护
通过松下的光电固态继电器AQY282SX控制直流耦合或交流耦合。
通过电磁继电器G6K-2F-Y-DC4.5控制接地或信号输入。
当RE5的6、7触点和2、3触点接触，输入信号从RE5的6脚进，7脚出，流过R9、R10分压（总阻值1M），分压后信号从2脚进，3脚出。对应大于等于200mV的量程。
当RE5的5、6触点和3、4触点接触，输入信号从RE5的6脚进，5脚出，流过R15、R16分压，分压后信号从4脚进，3脚出。对应小于200mV的量程。
最后信号流入ADA4817构成的电压跟随器，从CH1_VGA出。
通过NMOS来驱动电磁继电器。

信号增益反馈处理

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CH1_VGA流入AD8337，AD8337是压控增益放大器，通过CH1_GAIN的输入电压值来控制CH1_VGA到VOUT的电压放大倍数。
信号继续流入ADA4932，ADA4932是单端转差分放大器，把输入转成差分信号，然后再输入ADC。输出差分信号的负端还引出了AN_TRIG信号，用做触发信号，触发通道采样。
根据这篇文章对全差分放大器的分析，可以知道此全差分电路的输入输出关系为：

即：
( CH1+ - CH1- )=( Vin - CH1_OFFSET )*(240/402)
上面的公式只确定了全差分放大器输出电压的差模电压，他们的共模电压由CH1_CM决定，CH1_CM由ADC产生。
CH1_OFFSET 用来给输入信号添加直流偏置电压，从而用来控制波形在示波器垂直方向上的显示位置。比如当CH1_OFFSET为0时，波形在正中心显示：

增大CH1_OFFSET，波形向上移动：

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AN_TRIG信号和FPGA输出的模拟信号AN_TRIG_LEVEL一起送入LTC6754，LTC6754是高速比较器，输入信号值和FPGA设置的触发参考值做比较，如果满足触发条件就触发采样。
左下角的RE7，当触点6、7接触，CH1_VGA会被同时送入两个ADC进行采样。这样两个ADC交叉采样，达到500MHz的采样率。
当触点5、6接触，CH1_VGA被送入ADC1，CH2_VGA被送入ADC2。

ADC模块

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前面产生的差分信号送入KAD5510P，KAD5510P是250M的ADC。
KAD5510P输出共模电压CH1_CM给前面的全差分放大器使用。
这里是两个通道ADC的时钟电路，有源晶振SG3225VAN产生250MHz的频率，然后送入LTC6957分成两路，这两路输出还具有180度的相位偏移，再分别供给两个ADC。由于有180度的相移，当通道一信号同时送入两个ADC时，可以有500MHz的采样率。

FPGA 模块

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USB接口部分

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USB3.0协议，type-B接口，输入经过保险丝F1，TVS阵列芯片82400102，再输入LTC4360，LTC4360具有过压、反接保护。

数字输入接口

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这里是逻辑分析仪信号输入的处理电路部分。
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J1是外部信号输入接口，D0信号进来首先经过ESD7002，然后经过56R、470R的电阻，再经过BAV199进行电压限幅，最后流入缓冲器74AVCH16T245。信号经过74AVCH16T245后再输入FPGA。245主要起到保护FPGA的IO口的目的。

信号发生器输出电路

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DAC的输出信号进入运放OPA2830，信号经过BAV199限幅，再经过光耦继电器控制输出与否。
输出电压经过499K、22K分压，送入两个LM393电压比较器进行电压的上下限值比较。

系统电源

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使用USB输入的5V产生+Va（+3.71V）、+3.3V、+1.8V、+1.5V、+1.2V、+1V、-Va（-3.71V）。
通过LDO SPX3819配合数字电位器MCP4251输出可变电压给逻辑分析仪输入口的245使用，以适配输入信号的不同电平值。

USB3.0芯片

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FPGA的电源、JTAG部分

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信号发生器的DAC电路

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信号发生器使用了DAC5662。

DAC控制电路

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参考电压基准

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DDR3电路

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