CHƢƠNG 2 : CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO XUNG LASER NGẮN
3.2. Sound Card (Bo mạch âm thanh)
Sound card trong máy tính là một bo mạch mở rộng hoạt động một cách độc lập với các chức năng về âm thanh trên máy tính. Vai trị chính của sound card là số hóa âm thanh đến và chuyển các dịng dữ liệu số trở lại thành âm thanh. Như vậy trên sound card có 2 bộ chuyển đổi là bộ chuyển đổi ADC (Analog-to-Digital Converter) chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để có thể lưu trữ và xử lý trên máy tính và bộ chuyển đổi DAC (Digital-to-Analog Converter) chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để đưa tới các thiết bị, các loa. Ngoài ra, sound card còn xử lý và phát lại âm thanh từ các thiết bị khác như phát âm thanh trực tiếp từ các ổ đĩa quang, thiết bị phát MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Trên sound card có bộ trộn ghi (Record Mixer) điều chỉnh tín hiệu đi vào, và bộ trộn phát lại (Playback Mixer) điều chỉnh các tín hiệu đi ra các thiết bị và các loa. Sơ đồ khối của sound card được biểu diễn trên hình 3.2
Dù là đường vào Mic hay đường vào Line, trở kháng lối vào của sound card thường có giá trị trong khoảng từ 600 Ω tới 50 kΩ tùy thuộc vào từng loại sound card khác nhau.
Hầu hết các card âm thanh chỉ có thể xử lý các tín hiệu đầu vào trong giới hạn + /-5 V. Mức độ tối thiểu của tín hiệu đầu vào sound card thường cỡ 10 mV
nhưng với Sound Blasters và một số sound card cũ loại 8 bit cần mức tín hiệu đầu vào tối thiểu là 100 mV.
Ở lối ra của sound card, tín hiệu ra có thể tới 5 V, trở kháng lối ra thường cỡ vài Ω tới vài trăm Ω.
Tần số lấy mẫu của sound card có thể có thể nhận các giá trị: 32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz, 88.2 kHz, 96 kHz, 176.4 kHz, 192kHz.
Độ phân giải của sound card thường là 16 bit, 18 bit, 20 bit, 24 bit…
Sound card máy tính tại phịng thí nghiệm Quang tử, trung tâm điện tử học lượng tử, Viện Vật lý là Realtek ALC883 codec, High Definition Audio. Đây là sound card được tích hợp sẵn trên bo mạch chủ máy tính (system model GIGABYTE G31-ES2C) với một số thông số kỹ thuật như sau:
Bộ chuyển đổi DAC có tần số lấy mẫu 44,1kHz, 48 kHz, 96 kHz, 192 kHz. Bộ chuyển đổi ADC có tần số lấy mẫu 44,1kHz, 48 kHz, 96 kHz.
Điện áp tham chiếu 2.5V hoặc 3,75 V (lựa chọn bằng phần mềm). Nguồn nuôi: Số: 3.3V; Tương tự: 3.0V đến 5.0V.
Độ phân dải: 16 bit, 20 bit, 24 bit.
Khi đo độ rộng xung laser cực ngắn bằng phương pháp tự tương quan, tín hiệu thu được trên photodiode là tín hiệu tương tự, để máy tính có thể xử lý được thì cần một bộ chuyển đổi tương tự số để chuyển tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Trong hệ đo này, chúng tôi sử dụng sound card được tích hợp sẵn trong máy tính của phịng thí nghiệm Quang tử, Trung tâm điện tử học lượng tử, viện Vật lý để làm bộ chuyển đổi tương tự số vì những lý do sau:
tương tự số trên các sound card hiện nay thường là 16 bit nên có độ phân giải khá cao so với độ phân giải của một số thẻ thu thập dữ liệu (the data-acquisition card), chẳng hạn như card PCL 711S có bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit.
+ Khi thay đổi công suất của hệ laser Nd:YVO4 mode – locking sử dụng trong hệ đo, cơng suất tín hiệu họa ba bậc hai phát ra từ tinh thể phi tuyến KTP tới photodiode đo được cỡ vài mV đến vài chục mW. Với công suất chùm sáng họa ba bậc hai tới photodiode trong khoảng giá trị đó thì điện áp ra trên photodiode đo được nằm trong giới hạn tín hiệu đầu vào của sound card máy tính. Vì vậy, có thể sử dụng sound card để nhận trực tiếp tín hiệu từ photodiode trong hệ đo mà vẫn đảm bảo sự phù hợp trở kháng vì trở kháng lối ra của photodiode dùng trong hệ đo là 1 k Ω thấp hơn nhiều so với trở kháng lối vào của sound card (cỡ hàng chục k Ω). + Trong hệ đo, chúng ta có thể sử dụng thẻ thu nhận dữ liệu (the data- acquisition card) để tiếp nhận tín hiệu từ photodiode và chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng số trong hệ đo. Tuy nhiên giá thành của thẻ thu nhận dữ liệu (the data-acquisition card) cao hơn rất nhiều so với sound card.
+ Để đảm bảo độ chính xác của phép đo độ rộng xung theo phương pháp tự tương quan thì khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu của bộ chuyển đổi tương tự số phải lớn hơn khoảng thời gian giữa hai lần phát xung liên tiếp của hệ laser cần đo. Nếu điều kiện này khơng được thỏa mãn thì có những thời điểm, tín hiệu mà sound card thu được bằng không dẫn tới máy tính vẽ dạng xung tự tương quan khơng chính xác và gây ra sai số cho phép đo. Vì vậy, tần số lấy mẫu của bộ chuyển đổi tương tự số phải nhỏ hơn tần số lặp lại xung. Tuy nhiên, khi tần số lấy mẫu của bộ chuyển đổi tương tự số càng lớn thì chúng ta thu được càng nhiều dữ liệu và máy tính vẽ dạng xung tự tương quan càng chính xác. Với hệ laser Nd:YVO4 mode – locking, tần số lặp lại xung rất cao 8,8 MHz nên chúng tôi thấy rằng bộ chuyển đổi tương tự số trong sound card máy tính của phịng thí nghiệm Quang tử, Trung tâm điện tử học lượng tử, viện Vật lý có tần số lấy mẫu 44,1 kHz đáp ứng được các u
cầu trên. Chính vì vậy, sound card sẽ được sử dụng làm phương tiện thu nhận, số hóa dữ liệu từ photodiode trong hệ đo của chúng tôi.