USB示波器的原理图框架与核心模块
USB示波器的原理图通常包含以下核心模块，其设计逻辑结合了信号采集、数字化处理与计算机交互功能：
一、硬件架构核心模块
模拟前端电路
- 衰减器/放大器：用于调整输入信号的幅度，扩展测量范围并匹配ADC的输入要求。例如，输入信号通过可编程增益放大器（PGA）调节至0.1V-5V范围。
- 滤波器与阻抗匹配：消除高频噪声并确保信号完整性，输入阻抗通常为1MΩ或50Ω以适应不同电路场景。
模数转换（ADC）模块
- 高速ADC将模拟信号转换为数字信号，采样率直接影响时间分辨率（如40GSa/s对应25ps/点）。例如，采用12bit或16bit ADC提升动态范围与信噪比。
存储与触发系统
- 高速缓存：临时存储ADC输出的数据，单通道存储深度可达2Gpts以上。
- 触发电路：基于边沿、脉宽或协议特征触发信号采集，确保捕捉特定事件（如USB数据包起始位）。
USB接口与通信控制
- 通过USB 3.0/Type-C或以太网实现与计算机的数据传输，支持实时流传输或批量模式。例如，USB 3.0接口可实现5Gbps带宽，满足高速信号连续捕获需求。
二、软件交互与数据处理
上位机软件功能
- 波形显示与控制：用户通过GUI设置垂直/水平刻度、触发条件等参数，并实时显示波形。
- 高级分析工具：支持FFT频谱分析、协议解码（如USB 2.0/3.0协议解析）及眼图生成。
固件与驱动程序
- 固件负责硬件模块的调度（如ADC采样控制），驱动程序实现操作系统与硬件的通信兼容性。
三、典型原理图示例（模块级）
以某USB虚拟示波器设计为例：
textCopy Code输入信号 → 衰减器/放大器 → 抗混叠滤波器 → ADC → 高速缓存 → USB控制器 → 计算机
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触发电路
- 关键参数示例：
- ADC采样率：1GSa/s（对应1ns/点分辨率）；
- USB传输协议：批量传输模式，峰值速率480Mbps（USB 2.0）。
四、获取完整原理图的建议
- 厂商技术文档：部分品牌（如PicoScope、RIGOL）会公开模块级原理图或开发套件。
- 开源项目参考：GitHub等平台有基于FPGA+USB的示波器开源设计，提供完整电路图与代码（如“DreamLab U2P20”方案）。
- 注意事项：具体电路设计涉及厂商专有技术（如ASIC芯片），完整原理图可能受知识产权保护。
