Цифровой осциллограф своими руками.

[balmer]

Под твердотельные реле имею ввиду такие

Hamlin-HE721C0510.jpg

Реле

(8.46 КБ) 703 скачивания

А почему нужны именно ПЛИС?
Скажем если взять STM32F4xx запустить на частоте 168 Мгц и сливать данные по DMA, то проблем не вижу. Вот смотрю например на твою схему - все равно все данные через USB на FT232 не сольешь. Вот с какой скоростью у тебя через USB данные сливаются? Какие операции выполняет ПЛИС? Это спрашиваю чтобы прикинуть - можно ли аналогичное сделать на STM32.

[Леонид Иванович]

Это не твердотельное, а механическое реле.

По функциям ПЛИС (да и по другим вопросам цифрового осциллографа) рекомендую почитать ветку про Neilscope: http://hobby-research.at.ua/forum/2-1-1. Правда, там 100 страниц, зато очень хорошо прослеживается эволюция начинающего осциллографостроителя

[Chettuser]

Мне больше понравились герконовые релюхи типа TRR...
И компактные и не думаю что с емкостью у них так сурово.

ПЛИС - да, в отличие от МК работает крайне шустро, но есть у неё один чёткий плюс - могут работать практически одновременно разные блоки в ПЛИС. В МК такого не сделать.
Есть серьёзные ПЛИС (FPGA) со своими процовыми ядрами.

[Gudd-Head]

Про входной каскад — у меня была мысля использовать резистивный делитель 1:10 общим сопротивлением 1 МОм и повторитель на скоростном ОУ. Тогда макс. входное напряжение будет 30 В, на ОУ будет 3 В. И да, оптореле для шунтирования входного конденсатора (переключение AC/AC+DC). Опять же, переключение усиления — на скоростных мультиплексорах и последующих токовых ОУ с разными к-тами усиления. Плюс переключение опорного напряжения самого 9280 между 1 В и 2 В.

Обслуживать АЦП силами только МК? Почему бы и нет? Хотя бы поиграться Ведь всё зависит от тактовой частоты и количества тактов на сохранение одного отсчёта. У AVR, например, последовательностью команд IN и ST X+ можно получить 3 такта на отсчёт (ШИМ будет аппаратно дёргать CLK АЦП), при тактовой 16 МГц получим 5,33 млн отсчётов в секунду. Вот только длина выборки... будет ограничена объёмом ОЗУ МК Что при 8 кбайтах даст выборку длиной немногим более 1 мс

Но опять же, можно попробовать обойтись и без ПЛИС: сделать романтичную связку высокоскоростного счётчика (который будет задавать адрес) и внешнего статического ОЗУ. Т.е. данные будут накапливаться без участия МК.

[balmer]

Это не твердотельное, а механическое реле.

По функциям ПЛИС (да и по другим вопросам цифрового осциллографа) рекомендую почитать ветку про Neilscope: http://hobby-research.at.ua/forum/2-1-1. Правда, там 100 страниц, зато очень хорошо прослеживается эволюция начинающего осциллографостроителя

Спасибо, почитаю. Про то, что ПЛИС это хорошо и правильно и не спорю. Но тут вопрос скорее количественный. Скажем при оцифровке 500 кгц хватает STM32 работающего на частоте 48 Мгц с огромным запасом даже без использования DMA. При оцифровке сигнала частотой 3 МГц уже надо аккуратно писать программу для 48 МГц частоты, но принципиальных проблем нет с обработкой. Так, что точно могу сказать, что 10 МГц обрабатывать сигнал потянет STM32 на частоте 168 МГц. USB практически не нагружает центральное ядро STM. А вот 30 МГц это уже получается на грани.

[balmer]

Что при 8 кбайтах даст выборку длиной немногим более 1 мс

А зачем много выборок?
Вот пускай у тебя дисплей разрешением 1920x1080. Даже если делать FullScreen график, то достаточно двух тысяч. Главное через правильные промежутки времени их сэмплировать.

[Gudd-Head]

А зачем много выборок?

Как зачем? Выборок много не бывает Вот захочется, например, посмотреть обмен данными по 1-Wire, конкретный байт. Как тогда засинхриться так, чтобы поймать нужный момент времени? А вот если будет большая выборка, вероятность захвата будет выше.

Вот пускай у тебя дисплей

хуесплей извините, не удержался

разрешением 1920x1080. Даже если делать FullScreen график, то достаточно двух тысяч.

И что? Одна картинка и всё? Да, для вывода на экран с лихвой хватит и 2000. А как же такая функция как zoom? С таким подходом теряется вся прелесть цифрового осциллографа — детальнее посмотреть отдельные участки захваченной осциллограммы.

Главное через правильные промежутки времени их сэмплировать.

В том-то всё и дело, если менять частоту дискретизации, надо перестраивать входной ФНЧ чтобы не получить в итоге артефакты. Но если спектр входного сигнала изначально ограничен, или сигнал цифровой, то да, можно менять частоту и получать разную продолжительность выборок.

[balmer]

разрешением 1920x1080. Даже если делать FullScreen график, то достаточно двух тысяч.

И что? Одна картинка и всё? Да, для вывода на экран с лихвой хватит и 2000. А как же такая функция как zoom? С таким подходом теряется вся прелесть цифрового осциллографа — детальнее посмотреть отдельные участки захваченной осциллограммы.

В том-то всё и дело, если менять частоту дискретизации, надо перестраивать входной ФНЧ чтобы не получить в итоге артефакты. Но если спектр входного сигнала изначально ограничен, или сигнал цифровой, то да, можно менять частоту и получать разную продолжительность выборок.

Возможно я отстал от жизни. У меня осциллограф DSO с частотой 100 МГц. Так там когда увеличиваешь явно не боле 1000 сэмплов.

Ну пройтись по массиву и применить весовой фильтр - это довольно дешево в плане использования CPU. Слава богу умножение уже давно 1 такт времени занимает. Так что оверсэмплинг можно себе позволить.

Кстати на STM32 можно и 100 килобайт отвести под сэмплы. Осцилограф конечно делать не собираюсь, хочу поизмерять параметры катушек индуктивностей. Но входные цепи и ADC - практически как в осцилографе должны получиться.

[Леонид Иванович]

Мне больше понравились герконовые релюхи типа TRR...

Для коммутации делителей требуется реле с двумя группами переключающих контактов, поэтому обычно используют что-то типа Omron G6K, NEC UD2, Panasonic TQ2SA, Fujitsu FTR-B3.

у меня была мысля использовать резистивный делитель 1:10 общим сопротивлением 1 МОм и повторитель на скоростном ОУ.

Если тракт не очень широкополосный, так сделать можно. Быстрых JFET ОУ не так и много, и они недостаточно быстрые, если рассматривать сильносигнальный режим. Постоянно включенный делитель или ухудшит максимальную чувствительность, или приведет к росту шумов. Лучше разориться на одно реле и сделать делитель отключаемым.

переключение усиления — на скоростных мультиплексорах и последующих токовых ОУ с разными к-тами усиления.

Хоть ОУ и токовые, но разный коэффициент усиления приведет к разной полосе. А для осциллографа нет ничего хуже, чем изменение полосы при переключении усиления. Представьте, щелкаете коэффициентом вертикального отклонения, а видите изменение формы сигнала. Классикой в простых трактах является применение низкоомного делителя, дальше ключи, дальше усилитель с фиксированным Ку.

Обслуживать АЦП силами только МК? Почему бы и нет? Хотя бы поиграться

Поиграться - пожалуйста. Но не будет никакой обработки отсчетов на лету (peak, average), что делает непонятным, как снижать скорость развертки. Плюс не будет режимов запуска, основанных на анализе сигнала.

можно попробовать обойтись и без ПЛИС: сделать романтичную связку высокоскоростного счётчика (который будет задавать адрес) и внешнего статического ОЗУ.

Вот это полный изврат, проще поставить один корпус CPLD. Который к тому же сильно упростит разводку платы, так как все IO можно назначать в какой угодно последовательности.

Осцилограф конечно делать не собираюсь

Вот с этого надо было и начинать

[Gudd-Head]

Если тракт не очень широкополосный, так сделать можно. Быстрых JFET ОУ не так и много, и они недостаточно быстрые, если рассматривать сильносигнальный режим.

Почему именно JFET? Из-за высокого входного?

Постоянно включенный делитель или ухудшит максимальную чувствительность, или приведет к росту шумов. Лучше разориться на одно реле и сделать делитель отключаемым.

Подавать сигнал прямо на ОУ? Как тогда сделать защиту? Идея была в том, чтобы осцилл мог пережить включение в розетку.

Хоть ОУ и токовые, но разный коэффициент усиления приведет к разной полосе.

Работать, естессно, далеко от частоты среза.

Поиграться - пожалуйста. Но не будет никакой обработки отсчетов на лету (peak, average), что делает непонятным, как снижать скорость развертки.Плюс не будет режимов запуска, основанных на анализе сигнала.

Ну да, ну да. Ничего этого на лету не будет на лету. Но записанный массив отсчётов всё-таки можно потом обработать.

Вот это полный изврат, проще поставить один корпус CPLD. Который к тому же сильно упростит разводку платы, так как все IO можно назначать в какой угодно последовательности.

Кто ж спорит, что с ПЛИСиной будет быстрее и проще. Но возможно и дороже.

[Леонид Иванович]

Почему именно JFET? Из-за высокого входного?

Да, здесь нужен быстрый ОУ с низким входным током.

Подавать сигнал прямо на ОУ? Как тогда сделать защиту? Идея была в том, чтобы осцилл мог пережить включение в розетку.

Выдерживать 300 В - это обязательное требование к входному тракту осциллографа. Вполне успешно реализуется и при отсутствии входного делителя, правда, в усилителе с параллельным ВЧ-каналом. Как альтернатива, можно сделать переключаемые делители 1:2 и 1:20, всяко лучше, чем постоянно включенный 1:10.

Кто ж спорит, что с ПЛИСиной будет быстрее и проще. Но возможно и дороже.

Если цель - просто заменить счетчик адреса, то подойдет копеечная CPLD. Но я не думаю, что здесь нужно сильно экономить, так как применение более объемной ПЛИС дает много дополнительных преимуществ.

[Chettuser]

Для коммутации делителей требуется реле с двумя группами переключающих контактов, поэтому обычно используют что-то типа Omron G6K, NEC UD2, Panasonic TQ2SA, Fujitsu FTR-B3.

Да без проблем )))
TRR-2A
А вот с вышеуказанными дел не имел, к сожалению.

[Arpad]

А если еще и дисплей от какого-нибудь смартфона...
С батарейным питанием и коротеньким щупом для ковыряния в микросборках. .

Вот, бакалаврская работа выполнена под моим дистанционным вдохновением. Бюджет по комплектующим до 99 Евро, оценена работа на «хорошо» ввиду плохой эргономичности, неоконченности, прожорливости, устарелости и вероятно еще и за «чужак рукой водил».
Для загрузки картинок рекомендуем воспользоваться нашим клевым хостингом _лучшая картинка там где-то !

[Chettuser]

Ого! Там даже Спартан-6й уместился!

[Леонид Иванович]

Да без проблем ))) TRR-2A

Ну и где там две группы на переключение?

Ого! Там даже Спартан-6й уместился!

Я как-то холодно отношусь к портативным прибором. Потому что работаю за столом и из дома никуда не выхожу.

[balmer]

Вот, бакалаврская работа выполнена под моим дистанционным вдохновением.

Хотелось бы схемку увидеть/характеристики узнать... Интересуют как входные цепи делают и до какой частоты схемотехническое решение работает.

[balmer]

И еще такой вопрос, может не в совсем в тему но все-же. Вот лично меня мучают помехи от высокочастотных сигналов в схемах. Если скажем у ADC параллельный выход и она работает на частоте 30 МГц и фигачит сигнал с амплитудой в 3 вольта, этож какие помехи вокруг расходиться будут. Имеет ли смысл думать об ADC с LVDS выходом?

Имеет ли смысл в других местах, где передается синхросигнал прямоугольной формы понижать напряжение/уменьшать крутизну фронтов? Это говорю для случая когда надо скажем передать прямоугольный сигнал 5-20 мгц на расстояния порядка 10-20 см.

[Леонид Иванович]

АЦП с LVDS актуальны при скорости >100 MSPS. Небольшие резисторы в линиях цифровых сигналов улучшают ситуацию с помехами. Есть и чисто цифровые хитрости, например, счетчик адреса ОЗУ в цифровом осциллографе лучше делать в коде Грея для уменьшения помех при переключении адреса. Но в гораздо большей степени влияет правильная топология.

[Arpad]

Вот, бакалаврская работа выполнена под моим дистанционным вдохновением.

Хотелось бы схемку увидеть/характеристики узнать... Интересуют как входные цепи делают и до какой частоты схемотехническое решение работает.

Прибор можно сказать на 80 - 90% слизан с разных мест (1) и использовано первую очередь умения и знания старшего поколения заграничного и отечественного и его перевод на доступную нам дешевую элементную базу и с учетом нижнего предела суммы проекта (99 Евро - от Mouser)

[Gudd-Head]

Возвращаясь к теме про реле.... ухххх.

Реле серии HF3 – коммутация сигналов до 3 ГГц
http://www.compel.ru/2013/06/21/rele-se ... do-3-ggts/