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【以拆会友】拆解一台4通道记录仪

应饺神要求,拆解一台AD工业的PowerLab4/25 四通道记录仪,设备为四通道16bit 100K记录仪,主要用于医疗记录生理电位信息,可以用于心电图等,相对高速记录仪来讲应该是比较慢了。废话就不多讲了,下面就正式开工拆解吧。

外观就是这个样子了。

正面 一个外部触发接口,一对差分信号输出口,共四个输入通道,1、2支持单端、差分输入,3、4仅供单端输入。

         

背面,提供I2C,USB,485,三种控制方式,I2C用的9pin口,为的就是不兼容,485也是,自定义接口,专用设备接口。这样就可以把部件价给抬高,当然咯 9pin屏蔽抗干扰会比直接I2C要好很多。USB采用通用的啦,这个是为了设备连接PC 软件控制用的,记录数据通过USB与PC控制软件交换数据。另外有一根突出来的接地柱,应该是为了同整机柜接地用。

开壳后,可以看到里面还是用全金属的盒子,并不是以外面的塑料做外壳,主要是为了减少干扰,金属壳易与跟其它设设备接触,干扰到内部ADC基准地。

直接打开顶盖可以看到整体印像了,金属笼子里装的是开关电源,为了减少开关电源的影响,将开关电源部分独立于主板,同时对开关电源的三路输出都绕上了磁环,等于过了一个电感。

整个开关电源采用2级EMI滤波,一级由大三角接头处绕的电感与2#电容组成,然后设有一个热敏电阻,两路保险,后接4,5组成二级EMI滤波,经整流桥后,一个尼康大胖墩电容滤波。看上去还不错,输出部分,三路输出分别配有一个大功率电感,一个主滤波电容+至少一个小电容。

拆下电源,看看整个主板整体印像吧,整体工整,反正看上去挺好看的。大致布局图,与信号走向图如下:

三路电压输出到主板后,分别都经过电感电容进行滤波处理,分别经过一对LM系列稳压器稳压成正负电源。输出,模拟处理,ADC,数字电路,分别独立稳压,减少相互干扰。

模拟部分

作为菜鸟对模拟电路说不上什么话,特地请教了饺神。以下内容主要由饺神指导,我只是搬运工。

整个板子整版的布局分割也相对合适,信号链规划的非常不错。如图所示

数字与模拟部分采用了铺地间隔进行隔离。

ADC部分进行了大量铺地为ADC提供稳定可靠的模拟地,避免接地设计薄弱出现地噪声问题,同时细看模拟信号处理部分电路可以看到,明显示颜色较暗,反光少,模拟端信号链部分没有做铺地,反面也为挖空,这样做是为了避免引入PCB寄生参数使AFE性能严重偏离设计值。

模拟信号链,从输入接头开始,每路单端配一个电感,差分配一对电感抑制高频噪音,模拟地通过一个TS 0603贴片元件连接到地,输出部分和触发部分都采用同的设计。整前面板,是先安装接头,后将PCB焊到接头上固定的,无法直接拆解,就不看终看了。前面板使用了全金属屏蔽,前面板同主箱体之间使用了大量的弹片来将主机同史上部隔离,1是更好过EMC,更一个也可以防止外部电磁信号干扰。

前面板到主板之间通过三个排线连接,这种排前不是太常见,感觉挺精制的,可能使用的是高级的镀银排线。

模拟信号到主板后经过105K ZMS的电容(这种电容不是太熟不了解)经过硝特管后经线性光耦输入(单端输入采用LCA110,差分输入采用LH1513)

以达到输入与模拟处理部分隔离的效果,随后使用模拟开关DG411与程控放大PGA202,从而实现隔离,增益切换,自动稳幅的功能。

然后经后级AD822放大后再经模拟开关复用输入到ADC部分,ADC经两级OPA131处理输出到AD977(16bit 100K),由ADC参数可知,仪器声称的100K采信率是单通道最高采样率,如果多通道同时使用会成倍下降很多。另外主板中间还有一块输入模拟电路,采用的是BB的DAC714 16bit DAC输出后经opa放大后输出到out口,模拟部分到此结束。

数字部分其实电路不如软件的意义大,所以基本上没有什么好说的,采用IBM PowerPC作为MPU,配上两片ISSI内存,那个贴起来的大约是存放程序的。另配一片xilinx 的FPGA,另加5片595,具体没有对应的找了,反正串转并,可能是给DAC用的也可能是控制模拟开关用的。

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