PC声卡变高速采样示波器：前端改造与实现

"将声卡变成高速采样示波器的方法是通过添加前端硬件和相应的软件包，扩大个人计算机（PC）内置声卡的可用带宽。传统的PC声卡由于低采样速率和高分辨率ADC限制，适用于20kHz及以下的频率范围。通过在声卡输入前加入高速采样保持器（SHA），可以实现对输入波形的二次采样，再经低通滤波器处理，延长时间轴，从而将其转变为高速采样示波器。本文提出了一种前端附件的设计方案，包括插入式附件的原理图，该设计使用AD783 SHA作为核心元件，每个通道配备一个SHA，并采用时钟分频器电路来提供采样信号。交流/直流输入耦合可灵活选择，直流偏置由1MΩ电阻提供。有源RC网络作为低通滤波器，有助于驱动PC声卡输入，同时提供缓冲功能。该设计使得PC声卡可以处理更高的信号带宽，例如在1MHz频率下重复的2M样点波形。" 在详细解释中，声卡转换为高速采样示波器的关键在于改善其原始的采样能力和带宽限制。通常，PC声卡的采样速率较低，不适用于高频信号的测量。然而，通过引入高速SHA（如AD783），可以在声卡输入之前对输入信号进行高速采样，这有助于捕捉高频细节。SHA的作用是短暂地存储输入信号的幅度，直到被低通滤波器处理。低通滤波器重建并平滑波形，延长了示波器在时间轴上的分辨率，使其能显示更短的脉冲或更高频率的信号。 图1展示了这个双通道模拟采样电路的原理图。每个通道都包含一个AD783 SHA，输入端由FET缓冲，确保交流/直流耦合的灵活性。1MΩ电阻用于提供直流偏置，而有源RC网络（由电容和电阻组成）则作为低通滤波器，它不仅滤除高频噪声，还起到驱动PC声卡输入的缓冲作用。电路设计允许用户根据需要调整输入耦合方式，以及通过跳线控制直流耦合状态。 通过这样的前端电路，PC声卡的性能得到了显著提升，能够处理更高频率的信号。例如，AD783 SHA提供了高达数MHz的大信号带宽，其小信号3dB带宽可接近50MHz。结合特定的软件，如VisualAnalyser1，用户可以利用改造后的PC声卡对1MHz频率重复的2M样点波形进行有效的分析和显示。 通过这种创新的方法，个人计算机的声卡可以被改造成具有更高采样速率和带宽的示波器，扩展了其在电子测量和信号分析领域的应用。这对于那些需要低成本、高灵活性的测试解决方案的工程师和爱好者来说，是一个极具价值的技术。