Цифровой высокочастотный USB генератор

Автор: dimdul4, dimdul4@mail.ru
Опубликовано 21.10.2013
Создано при помощи КотоРед.

Здравствуйте. Хочу представить на ваш суд свою разработку цифрового высокочастотного генератора прямоугольных импульсов произвольной длительности на ПЛИС. И скромно добавлю, что это моя первая публикация.)

Технические характеристики :

• Амплитуда выходного сигнала : 3.3 В.
• Форма выходного сигнала : меандр.
• Диапазон частот выходного сигнала : 1.5МГц – 50МГц.
• Интерфейс : USB.
• Возможность задавать задержку от синхроимпульса до начала серии генерации сигнала : 10 нс - 320 нс.
• Длительность фронта : 2 нс - 6 нс.
• Питание : 5 В от USB.
• Дискретность задания временных интервалов : 10 нс.
• Два цифровых выхода : синхронизации и выход генератора.
• Выбор генерации : ограниченное количество импульсов или постоянная генерация.

Принципиальная схема.

Принципиальная схема генератора приведена на Рис. 1.

Для связи с ПК применялась микросхема FT232RL. За основу генератора взята микросхема компании ALTERA ACEX1k EP1K30T144-1. В основе задачи необходимо было получить импульсы длительностью 10 нс. С этим расчетом микросхема тактируется кварцевым генератором 100 МГц. Выходной сигнал сформирован методом прямого цифрового синтеза (DDS). Подключение к устройству осуществляется по USB порту ПК, но обмен данными происходит как по COM-порту благодаря чипу FTDI. Все управление происходит из управляющей программы.

Печатная плата.

 Двухсторонняя печатная плата изготавливалась в домашних условиях методом ЛУТ. Т.к. сигналы высокочастотные, добавлена метализация с обоих сторон максимально возможная для избежания наводок и уменьшения искажения сигнала. Конечно лучше было бы сделать один сплошной слой метализации, но увы.) Внешний вид печатной платы верхним слоем изображен на Рис.2.

  Нижний слой платы изображен на Рис.3.

 Как видно,а видно плохо, переходных отверстий хватает, и их пропайка доставила немного мороки. Файлы рисунков печатной платы находятся ниже в архиве. Все резисторы и конденсаторы применялись в SMD варианте.

В схеме планировалось использовать конфигурационную микросхему EPC1PC8, но так как она прошивается только однажды, то использовал многоразовую EPC2LP20 ALTERA.

Управляющая япрограмма.

Для подключения генератора к ПК была написана управляющая программа на C#. Программа прошла проверку на Windows XP и Windows 7. Правда не до конца реализована инициализация устройства. Передача,как уже говорилась выше, осуществляется по COM-порту. Скорость передачи 115200 бод, по 8 бит, без проверки бита четности.

На Рис. 4 изображено окно управляющей программы.

Для работы с генератором потребуется наличие библиотек для работы с FTDi чипами. Подключение к устройству происходит нажатием соответствующей кнопкой "Подключиться", предварительно выбрав соответствующий появившийся новый COM-порт . Необходимая длительность и период задаются круглыми кнопками Tau и T. Задержка регулируется кнопкой Delay. Имеется режим выбора с конечным или бесконечным числом импульсов (Select N). Запись данных в генератор осуществляется кнопкой Write, кнопка Start дает команду на запуск генератора, Stop - соответственно останавливает его. 

Заключение.

В заключение добавлю снятые осцилограммы работы генератора в разных  режимах.

На рисунке ниже изображена генерация 50 MHz.

 На Рис.6 изображена работа в постянном режиме с длительностью 100 нс и периодом 150 нс.

 На Рис.7 изображена работа в постянном режиме с длительностью 200 нс и периодом 300 нс.

 На Рис.8 изображена работа в постянном режиме с длительностью 50 нс и периодом 150 нс.

 На Рис.9 изображена работа в постянном режиме с длительностью 200 нс и периодом 500 нс.

На Рис.10 изображена работа в режиме генерации 5-ти импульсов с длительностью 80 нс и периодом 160 нс.

Ниже управляющая программа, библиотека для чипа FTDI. Архив не понял как вставить,извините новичка. Ну вот и закончено описание устройства, критика и все сопутствующее принимается.

Файлы:
библиотека
управляющая программа
Изображение

Все вопросы в Форум.