[[acdlearning|模拟电路工程化设计大师课]]

## 集11种常用功能于一体的口袋仪器ADALM2000（M2K）
关于ADALM2000相关的更多使用信息参照[[https://wiki.seeedstudio.com/cn/ADALM2000-for-End-Users/|ADALM2000 学生及普通用户指南]] - 此部分不出现在视频课程中

### 1. 简介
//阅读 -// ADALM2000主动学习模块 (简称M2K口袋仪器)是一款经济实惠的、通过USB供电以及数据传输的多功能测试测量仪器，它内置了采样速率可达100Msps的12位[[adc|模数转换器]]和170Msps的12位[[dac|数模转换器]]，是一款高性能的掌上实验室。与高成本、大体积的传统实验室设备不同，ADALM2000可以在低成本的前提下帮助电气工程专业学生或爱好者们学习和探索频率达数十兆赫兹的信号与系统。
{{ :adalm2000.png |}}<WRAP centeralign> ADALM2000多功能口袋仪器的产品图片 </WRAP>

//阅读 -// 配合ADI公司的 Scopy™ 图形应用软件，ADALM2000 可以向用户提供如下高性能仪器的功能（//展示图片，并在图片一侧以此用文字列出相应的功能，不需要阅读下面的每个条目）//：

{{ :adalm2000multifunction.png }}<WRAP centeralign> ADALM2000多功能口袋仪器的功能示意 </WRAP>

  * 带差分输入的双通道示波器
  * 双通道任意函数发生器
  * 16通道数字逻辑分析仪（3.3V CMOS，容差范围1.8V~5V，速率100MS/s）
  * 16通道模式发生器（3.3V CMOS，速率100MS/s）
  * 可用于连接多个仪器的双输入/输出数字触发信号（3.3V CMOS）
  * 双通道电压表（交/直流 ±20V）
  * 网络分析仪 - 电路的伯德图、奈奎斯特图和尼科尔斯传输特性曲线，范围：1Hz ~ 10MHz
  * 频谱分析仪 - 功率谱和频谱测量（噪声基底、无杂散动态范围、信噪比及总谐波失真等）
  * 数字总线分析仪（串行外设接口、I²C、通用异步收发传输器、并行）
  * 两个可编程电源（0…+5V、0…-5V）

### 2. 从管脚看功能
{{ :adalm2000_pinout.png |}}<WRAP centeralign>ADALM2000的引脚图</WRAP>
//阅读 -// 为了方便同学们使用，尤其是调试面包板上的电路，这款仪器的测试端口都采用杜邦线来同被测对象连接，仪器的测试端口采用了30针2.54mm间距的双排插针，对于低于10MHz的模拟信号和100MHz的数字信号的测量是没有问题的，即便工程师朋友们使用，也能够满足大多数的电路调试。

{{ :adalm2000-pin-wires.png |}}<WRAP centeralign>ADALM2000的连线图</WRAP>

//阅读 -// 这30根管脚中，有2组差分输入信号（图片上圈一下）用于双路示波器、频谱分析仪以及电压表功能、两组可调直流电压的输出信号（图片上圈一下）、两组信号发生器的单端输出信号（图片上圈一下）、16根数字IO以及2个用于触发输入和输出的数字信号，4根接地信号。



### 3. 功能构成
ADI的官网提供了ADALM2000的PDF格式的原理图，基于这个原理图中用到的器件，我们整理了它的功能框图。

{{drawio>M2k_block.png}}<WRAP centeralign>ADALM2000功能框图</WRAP>
整个仪器的核心器件是一款集成了双路ADC和双路DAC的模拟前端（又叫AFE）芯片 - AD9963，它是模拟信号链路和数字信号处理之间的一个桥梁，通过高速的数字信号同ZYNQ这颗集成了FGPA和双核高性能Arm的数字芯片进行连接。

{{ :m2kadc.png?1200 |}}<WRAP centeralign>ADALM2000的ADC部分的构成</WRAP>

我们看一下左上角的这一部分，这是示波器、频谱仪、电压表对应的模拟电路部分

{{ :m2kadcsch.png |}}<WRAP centeralign>** ADC部分电路原理图 **</WRAP>

这是这部分的原理图，可以看出它使用了模拟开关对输入的模拟信号进行衰减选择以及信号源的切换，再通过高速运算放大器进行固定增益的信号放大，然后再通过差分运算放大器来驱动AD9963的ADC输入端，在差分放大器和ADC之间有一个一阶的RC低通滤波器，进行抗混叠滤波。

电路是不是看起来非常简单？越是看起来简单的电路，其蕴含的技术要点以及技巧越是丰富。

如何通过这几种器件，搭配一些电阻、电容，就能够实现示波器、频谱仪、电压表的数据采集功能，并且满足输入信号动态范围在100Vpp、输入信号模拟带宽到10MHz的性能要求？这就需要从系统层面来分析，模拟电路的指标分配和电路设计，离不开ADC的性能指标，也离不开后续的数字信号处理功能，它们共同作用，得以用简单的电路拓扑结构实现了尽可能高的性能，并保持了足够的系统灵活性。

在图中我们看出ADC采集的信号除了被测的外部输入信号，还有板上的基准电压以及信号发生器产生的任意波形信号，这是用来进行校准以及测量信号发生器的实际输出的，整个模拟链路的设计以及后面的数字信号处理、程序的控制都要考虑到这些因素。这些话题我们会在后面的章节中再做详细介绍。

ADALM2000是一款设计文件全部开源的多功能口袋仪器，我们可以在ADI的官网以及其Github仓库中找到这款仪器的硬件设计资料、FPGA逻辑设计代码、运行在Zynq内部Arm处理器上的Linux应用程序的源代码以及上位机程序Scopy的源代码（展示下面列表中的资源页面中的一些页面截屏视频），有了这些开源的资源，我们可以更深入地理解它的软件、硬件配合，模拟和数字信号处理的协同。

在ADI官网的学生专区中，我们可以看到有大量用ADALM2000来做的基础电路实验，通过这些实验的实际操作，我们一方面可以体会到这款口袋仪器的强大功能，还能深刻领会到构成ADALM2000这款产品本身的电路知识要点。（展示下面列表中的资源页面中的一些页面截屏视频），这些实验基本上都可以用我们本次课程中推荐使用的ADALP2000套件来实现，建议大家随堂动手，理论结合实践，从而对每个知识点有更深刻的理解。


### 4. 相关的实验和文章：
资源页面：
  * [[https://www.eetree.cn/doc/detail/103|ADI的ADALM2000 - 多功能开源口袋仪器汇总页面]]
  * [[https://www.analog.com/cn/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/ADALM2000.html#eb-documentation|ADI官网上的实用手册、技术文章以及学生专区]]
  * [[https://wiki.analog.com/university/tools/m2k|ADALM2000概述]]

技术文章：
  - [[https://www.analog.com/cn/technical-articles/use-python-for-analysis-of-noise.html|一种使用Python来分析混合模式信号链中的噪声的简单方法]]
  - [[https://www.analog.com/cn/technical-articles/how-to-create-an-oscilloscope-using-python-and-adalm2000.html|虚拟电子实验室：如何使用Python编程语言和ADALM2000创建示波器]]
  - [[https://www.analog.com/cn/technical-articles/the-world-is-analog-how-do-i-obtain-the-necessary-knowledge.html|世界是模拟的——我们应该如何从中获得所需？]]
  - [[https://www.analog.com/cn/technical-articles/send-the-lab-home.html|把实验室带回家]]
  - [[https://www.analog.com/cn/technical-articles/hands-on-learning-gets-real.html|动手学习变成现实]]

学生专区 - 使用ADALM2000和ADALP2000做的实验:
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2022.html|ADALM2000 Activity: CMOS Logic Circuits, Transmission Gate XOR]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-september-2022.html|使用CD4007阵列构建CMOS逻辑功能]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-august-2022.html|TTL逆变器和NAND门]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2022.html|ADALM2000 Activity: BJT Multivibrators]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-june-2022.html|有源整流器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-may-2022.html|硅控整流器(SCR)]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-april-2022.html|光耦合器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-march-2022.html|数模转换]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-february-2022.html|模数转换]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-january-2022.html|CMOS模拟开关]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-december-2021.html|CMOS放大器级]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-november-2021.html|放大器输出级]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2021.html|通过之前的模块构建运算放大器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-september-2021.html|从三角波生成正弦波]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-august-2021.html|跨阻放大器输入级]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2021.html|MOS差分对]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-June-2021.html|BJT差分对]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-may-2021.html|源极跟随器(NMOS)]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-June-2021.html|发射极跟随器(BJT)]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-march-2021.html|调节基准电压源]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-february-2021.html|浮动（2端口）电流源/吸电流]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-december-2020.html|零增益放大器(MOS)]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2020.html|零增益放大器(BJT)]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2020.html|NMOS用作电流镜]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-august-2020.html|BJT电流镜]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2020.html|共发射极放大器的频率响应]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2020.html|共发射极放大器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-may-2020.html|MOS晶体管共源极放大器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-april-2020.html|将MOS晶体管连接为二极管]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-march-2020.html|运算放大器建立时间]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-february-2020.html|运算放大器用作比较器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-january-2020.html|将BJT连接为二极管]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-december-2019.html|齐纳二极管稳压器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-november-2019.html|温差传感器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2019.html|实验：PN结电容与电压的关系]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-september-2019.html|简单的运算放大器]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-august-2019.html|二极管和二极管电路]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-july-2019.html|测量环路增益]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-june-2019.html|多种仪器，合而为一]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-december-2016.html|A Complete Circuits Laboratory on Your Desk, in Your Backpack, and on the Go]]
  * [[https://www.analog.com/cn/analog-dialogue/studentzone/studentzone-october-2016.html|学子专区为您敞开大门]]


[[m2k_design|M2K设计要点]]  - 这部分在课程中不出现