Цифровой осциллограф своими руками.

[62256]

Может кто расскажет мне, как можно компенсировать или учесть долговременный дрейф ?

установкой на входе качественного операционного усилителя (они называются инструментальные). Усилители с неширокой полосой - имеют очень хорошие характеристики по дрейфам.
А чтобы полоса была широкая - применяют двухполосную схему, в которой параллельно ОУ ставится полевой транзистор.
Посмотрите, например, схему С1-114 (содранную со старых буржуев, но в принципе это схема из учебников) - там на входе 140УД14, и параллельно КП303. 50МГц легко, у буржуев сотня.

[Tolmi]

качественного операционного усилителя (они называются инструментальные).

Попрошу не путать, это совсем другое. Инструментальный усилитель - это не просто качественный операционный усилитель.

[ВитГо]

Коты, а кто нить занимался разработкой ПО для самодельного цифрового осциллографа ?

пообщаться хочу...

p.s. готов аппаратно захватывать около 64к выборок с частотой от 60 до 75 msps. К сожалению аналоговой части нет (надеюсь заняться ею позже, а может кто нить из гуру поделиться ) сейчас отрабатываю цифру...

как то можно за счет количества выборок достраивать периодические сигналы высокой частоты ? как это делают например стробоскопические осциллографы ?
понятно что это уже будет "показометрическая функция" - на этот счет планируется детектор периодического сигнала с возможностью переключения на показ того что получили захватом с ацп и того что получили достраиванием по большому количеству выборок..

в принципе будет возможность отдачи этих 64к на компьютер по usb (виртуальный ком. порт) - так что если есть какие то программы которые принимают с последовательного порта данные и потом отображают их - тоже с удовольствием посмотрел бы..

[Foks]

как то можно за счет количества выборок достраивать периодические сигналы высокой частоты ? как это делают например стробоскопические осциллографы ?

Ну осциллографы же делают, и без помощи магии, значит можно. Я бы предложил какое-нибудь switched-capacitor решение. На очень коротое время включается ключ и "сохраняет" входное напряжение, которое было в момент включения ключа, на конденсаторе. Эта цепь простая и соотв. более быстродействующая, чем тот же АЦП. Далее напряжение конденсатора преобразовывается в число в помощью АЦП и цикл повторяется.

Должны быть для подобного спец. микросхемы, или возможно специальные АЦП с буфером-защелкой.

[ВитГо]

нет, вы не поняли,
вопрос не в аппаратном решении..

вопрос в обработке захваченных данных....

см. картинку

красным данные текущего захвата - мы например успеваем захватить 8 точек на период
но захват немного сдвинут по частоте от исходного сигнала, поэтому к 4м точкам текущего импульса (красный цвет) мы можем построить 4 новые точки, которые получились при захвате предыдущего импульса (синий цвет)... потом к полученным точкам этих двух импульсов добавляем данные следующего импульса....
получается что если сигнал периодический - то несмотря на то что при его частоте мы выбираем только 8 значений за период - мы на основании полученной "истории" как бы достраиваем недостающие точки

у меня 64к выборок - статистики что называется хоть отбавляй -
есть ли такие алгоритмы и насколько точно можно таким образом отрисовывать периодический сигнал....?

кто то уже ходил этой дорогой ? где какие грабли лежат ?

[Chettuser]

Интерполяцией... Лагранжа! Core i7 придётся ставить.

[ВитГо]

Интерполяцией... Лагранжа! Core i7 придётся ставить.

почему сразу i7 ?

просто за счет большого количества выборок.. вот например как может отрисовываться контур при обычном методе (выбрали точки и потом их соединили) и методом накопления точек за счет анализа многих точек (на рисунке анализ 3х импульсов)



то есть например имеем синус с частотой 5 мгц...
при частоте захвата 40 мгц - получим стандартную картинку с 8-ю точками на период..
потом например осциллограф выявляет что сигнал периодический и выводит надпись - мол могу достроить на основании многих измерений (пусть будет интерполяцией) - нажимаем кнопочку и получаем импульс с 24мя точками на период...
получаем как бы эмуляцию трехкратного увеличения частоты дискретизации.. (но только для периодического сигнала с соответствующими ограничениями)

но таким методом можно будет захватывать и очень точно отображать сигналы с частотой около четверти от частоты дискретизации (то есть 40 мгц частота дискретизации и сможем смотреть 10 мгц сигнал!) - или это никому не нужно и в практике не применяется ?

p.s. ну а по Котельникову и до половины частоты дискретизации (то есть при 40 мгц - сможем смотреть 20 мгц сигнал)

посмотрел "интерполяционный многочлен Лагранжа" - похоже то что нужно !!
кто нить реализовывал ?

p.p.s. нее, метод Лагранжа это не то он строит по точкам внутри периода.. а мне нужно статистическую интерполяцию (интерполяция функции по точкам многих периодов)

[Sergi]

Я давненько использовал интерполяцию сплайнами (физический смысл - стальная линейка). Довольно красиво. На прямоугольном сигнале выбросы на фронтах появляются. В меню сделать кнопку "сгладить" и при пропуске промежуточные точки высчитывать автоматически или линейно или не линейно.

[62256]

интерполяция - это способ дорисовывания новых, искусственных, точек - между реальными выборками. Чтобы было красивее, чтобы точнее измерения провести (если быть твердо уверенным в спектре сигнала <Fд/2).

А стробоскопическая развертка - это получение реальных, настоящих выборок сигнала. За счет нескольких проходов развертки - можно получить интервал между выборками меньше, чем 1/Fд АЦП. Потом эти несколько разверток объединяются в общий массив выборок.

[62256]

Я бы предложил какое-нибудь switched-capacitor решение. На очень коротое время включается ключ и "сохраняет" входное напряжение, которое было в момент включения ключа, на конденсаторе. Эта цепь простая и соотв. более быстродействующая, чем тот же АЦП.

В АЦП обычно уже встроено УВХ, причем - апертура намного меньше, чем интервал дискретизации. Так что, дополнительное УВХ может и не потребоваться, если задача - повысить Fд в несколько раз, а не в сотни/тысячи.

[62256]

готов аппаратно захватывать около 64к выборок с частотой от 60 до 75 msps.

неужели последовательной записью слов из регистра АЦП - в ячейки ОЗУ? Это конгениально!
А запись по кругу есть? А предзапись (до условия синхронизации)? А постзапись? А задержанная запись? А запись с усреднением? А запись с суммированием выборок? А запись с накоплением минимумов и максимумов?

[ВитГо]

готов аппаратно захватывать около 64к выборок с частотой от 60 до 75 msps.

неужели последовательной записью слов из регистра АЦП - в ячейки ОЗУ? Это конгениально!

стеб ?
ну вообще то может быть в чем то и гениально.. если учесть что плис в этом решении не планируется использовать.. и вообще решение фактически на одном микроконтроллере стоимостью около 300-400 рублей (то есть не так уж и дорого для такой частоты выборки с учетом того что ОЗУ, логика, процессор - все внутри! внешние аналоговые цепи и АЦП)

А запись по кругу есть? А предзапись (до условия синхронизации)? А постзапись? А задержанная запись? А запись с усреднением? А запись с суммированием выборок? А запись с накоплением минимумов и максимумов?

смысл записи по кругу? я пока не вижу. (вообще то есть)
предзапись, постзапись - объем записи от 64 до 128 кб - хватит чтобы считаться постзаписью или нужно мегабайтами записывать? (если мегабайтами - то пока нет) предзаписи как таковой не планировал.. а часто бывает нужно?

запись с усреднением - не знаю что это такое
запись с суммированием выборок - не знаю что такое
запись с накоплением минимумов и максимумов -не знаю что такое

если объясните последние три (и самое главное когда они нужны в осциллографе) - то подумаю как это реализовать...

[ВитГо]

А стробоскопическая развертка - это получение реальных, настоящих выборок сигнала. За счет нескольких проходов развертки - можно получить интервал между выборками меньше, чем 1/Fд АЦП. Потом эти несколько разверток объединяются в общий массив выборок.

да, именно это и хочу получить!
где бы только почитать.. пока накидал на бумаге алгоритм.. но может быть есть какие то серьездные наработки у кого нить...

[62256]

предзапись, постзапись - объем записи от 64 до 128 кб - хватит чтобы считаться постзаписью или нужно мегабайтами записывать? (если мегабайтами - то пока нет) предзаписи как таковой не планировал.. а часто бывает нужно?

запись с усреднением - не знаю что это такое
запись с суммированием выборок - не знаю что такое
запись с накоплением минимумов и максимумов -не знаю что такое

если объясните последние три (и самое главное когда они нужны в осциллографе) - то подумаю как это реализовать...

это всё - характеристики цифрового осциллографа (почти любого), просто описанные применительно к процедурам между АЦП и ОЗУ. То есть, открываете описание какого-нибудь Тектроникса, и представляете как сделана та или иная функция.
Или читаете тут: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:841 , много и полезно.

[62256]

да, именно это и хочу получить!
где бы только почитать.. пока накидал на бумаге алгоритм.. но может быть есть какие то серьездные наработки у кого нить...

конечно, есть. В каждом приличном осциллографе - есть стробоскопический режим. Главная проблема - к каждому проходу присобачить пикосекунды его смещения< чтобы потом правильно объединить проходы в итоговую осциллограмму.
Бывает два варианта: когда сам осциллограф задает смещение между синхронизацией и разверткой, и когда это смещение случайное - а осциллограф его только измеряет.
Гуглить по RIS, например.

[ВитГо]

по RIS чтото ничего гугл не находит по теме.. от русского сокращения "рис." до каких тем про кошек

интересует стробоскоп со случайным смещением...

сейчас попробовал на бумажке,
период сигнала оцифровал 4мя выборками, причем период сигнала не кратен 4..
после этого сделал выборку каждой третьей из выборок и по ним построил сигнал.. - удалось восстановить весь сигнал !!
посмотрите в xls файле, я там примерно нарисовал как и что получается..
(файл обязательно проверяйте на вирусы !!!)

теперь бы понять как это делать на любом периодическом сигнале..

[khach]

по RIS чтото ничего гугл не находит по теме.. от русского сокращения "рис." до каких тем про кошек
.

Гуглить random interval sampling или Equivalent Time Sampling что в принципе одно и то же. Основа- отдельный узел в осциллографе, который аналоговым образом измеряет задержку от момента срабатывания аналогового триггера до ближайшего клока АЦП.

[ВитГо]

спасибо.

вот в этом документе на странице 3 есть правильная картинка

но у меня задача обработать захваченный сигнал.. у меня нет аппаратного сдвига момента захвата

[khach]

спасибо.

но у меня задача обработать захваченный сигнал.. у меня нет аппаратного сдвига момента захвата

Сдвигать момент захвата ненадо- он сам сдвигается, ведь генератор осциоографа и генератор сигнала не синхронизированы. А если их частоты близки окажутся- то начинают лезть артефакты оцифровки, и не каждый фирменный скоп с этим справится.
Достаточно просто знать задержку от момента триггера до отсчета АЦП (она каждый раз разная) и уложить точки отсчетов на экране в соответсвии с этой задержкой. RIS применяется при рассмотрении формы повторяющегося сигнала, например фронт и выбросы клока измерить. Т.е экран 5-10 нс на клетку и одна точка на клетку при 100 мгц АЦП. Ждем 20-50 раз запуска развертки и имеем прорисованный сигнал.
А в самом блоке время- код ничего сложного нет- заряд разряд конденсатор фиксированным током. Вот схема такого блока от лекроя 500 МГц с 5 пикосекундным разрешением. Заряд начинается по переброске аналогового компаратора триггера, а кончается по клоку АЦП. А потом конденсатор медленно разряжается и ПЛИС или таймер просчитывает число периодов колка, пока конденсатор разрядится. Кстати, в Риголах кажется просто подали напряжение на конденсаторе на 5 быстрый АЦП и тупо цифруют напряжение, до которого зарядился конденсатор.

[62256]

теперь бы понять как это делать на любом периодическом сигнале..

забудьте про период и форму входного сигнала - они ж не известны!
У вас есть только две вещи: события синхронизации, и твердая уверенность в том, что сигнал возле этих событий синхронизации одинаковый.