โฮมบริสบ้า 500 MHz 1 Gs / s สโคปที่เป็นไปได้?

ฉันกำลังอ่านโพรบขอบเขต USB - ร้องขอความคิดเห็นและแนวคิดและทำให้ฉันคิด สิ่งที่ฉันชอบคือออสซิลโลสโคปประสิทธิภาพสูงซึ่งราคา 10,000 เหรียญหรือประมาณนั้น แน่นอนคนอื่น ๆ ก็อยากได้เช่นกัน และแน่นอนว่าด้วยความเชี่ยวชาญที่มีอยู่ในเว็บไซต์นี้มันควรจะเป็นไปได้ในการออกแบบและโอเพนซอร์ส

นี่คือความคิดของฉัน:

• มันจะเป็นโพรบขอบเขตมือถือที่มีสาย USB ออกมา
• ใช้แบตเตอรี่เพื่อแยกมันออกจากพลังงาน USB
• ขั้นตอนการป้อนข้อมูลเป็นแอมป์ความเร็วสูงเช่นTHS3201DBVTหรือไม่
• ADC คล้ายกับASD5010ซึ่งเป็น 1 Gs / s และ 650 MHz input bandwidth
• FPGA เพื่อจัดการกับข้อมูล 32- บิตที่ออกมาทริกเกอร์และบรรจุลงใน USB
• ซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์สที่จะเรียกใช้บนพีซี

นี่เป็นธุระของคนโง่หรือไม่? ฉันกำลังคิดถึงอะไร

เพิ่มรายละเอียดเพิ่มเติมเพื่อตอบสนองต่อคำตอบ:

• ขอบเขตนี้จะไม่สามารถแข่งขันกับขอบเขตราคาแพงได้ เป้าหมายหลักคือการมีบางสิ่งที่จะทำให้สามารถตรวจสอบสัญญาณความเร็วสูงได้ในขณะที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า $ 200 สำหรับบางคนในการสร้างตัวเอง
• แบนด์วิดธ์ USB: นี้ไม่ได้เป็นขอบเขตแบบอะนาล็อกและไม่เป็นมันแฟนซีLeCroy อย่างไรก็ตาม USB นั้นสามารถถ่ายโอนตัวอย่างขนาด 2k ที่ 60 Hz ได้ สิ่งนี้ยังทำให้มีประโยชน์อย่างมากแม้ว่ามันอาจจะไม่สามารถจับภาพเหตุการณ์ชั่วคราวระหว่างเฟรมเหล่านั้น
• หน้าจอตอบสนองที่ชัดเจน จอมอนิเตอร์ของพีซีนั้นชัดเจนดี ดีกว่าเกือบทุกขอบเขตในตลาด ดังนั้นความคมชัดและขนาดจึงไม่มีปัญหา ตอบสนอง? ตราบใดที่หน้าจอสามารถอัปเดตได้ที่ 60 Hz ฉันคิดว่ามันตอบสนองได้ดี
• วิกฤติ: ฉันจินตนาการถึงระดับง่าย ๆ ที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ อีกครั้งมันจะไม่สามารถแข่งขันกับขอบเขตแฟนซีได้ แต่โปรดจำไว้ว่านี่ควรจะเป็นอุปกรณ์ $ 200
• ไม่ควรมีแบนด์วิดท์ 1 GHz ฉันพูดว่าที่ไหน แต่แน่นอนว่ามันอาจมีแบนด์วิดธ์มากกว่า 100 MHz?

รับคะแนนกลับบ้าน:

• มันเป็นอุปกรณ์ $ 200
• เป้าหมายหลักของอุปกรณ์คือการทำให้สามารถมองเห็นสัญญาณความเร็วสูงโดยไม่ต้องใช้เงิน $ 10,000
• มีหลายสิ่งหลายอย่างที่ไม่สามารถทำได้
• แน่นอนว่าสิ่งนี้จะเป็นประโยชน์กับคนที่นี่
• แน่นอนด้วยความเชี่ยวชาญที่มีอยู่ในเว็บไซต์นี้เราสามารถทำให้มันเกิดขึ้นได้?

นี่เป็นคำถามเกี่ยวกับแบนด์วิดท์และความล่าช้า สำหรับระบบอย่างง่ายสมมติว่าหนึ่งโพรบที่มีแบนด์วิดท์ 100 MHz พร้อมอัตราการสุ่มตัวอย่าง 1GS / s และตัวแปลง A / D 10 บิต (ฉันมีประสบการณ์ไม่ดีกับขอบเขต 8 บิต)

ฉันต้องการจอแสดงผลแบบเรียลไทม์บนพีซีที่มีหน้าต่างสุ่มตัวอย่างน้อยที่สุดสมมติว่า 10ns - 1 รอบของคลื่นไซน์ 100MHz และหน้าต่างสูงสุดของ (ฉันจะใจดีกับคุณในเรื่องนี้) ครึ่งวินาที กล่าวอีกนัยหนึ่งการตั้งค่าเวลาต่ำสุดจะเป็น 1ns / div และสูงสุดคือ. 05s / div ฉันต้องการโหมดแรงดันไฟฟ้าหลายแบบด้วยกัน - ช่วง 100mV ถึง 20V สมมติว่า

อัตราการส่งข้อมูลนี้เกี่ยวข้องกับอะไร?

1Gs / s * 10 บิต / ตัวอย่าง = 10Gbits / s

นั่นไม่ใช่ความเร็ว USB ไกลจากมัน. และฉันไม่ได้คำนึงถึงค่าใช้จ่าย ก่อนอื่นคุณแค่ไม่มีแบนด์วิดท์ และมันไม่ได้เป็นเพียงแบนด์วิดท์อย่างใดอย่างหนึ่ง สำหรับการแสดงผลแบบเรียลไทม์ของคุณคุณจะต้องสอดคล้อง คุณต้องถ่ายโอน 100 บิตไปยังชั้นแอปพลิเคชันของคุณทุก ๆ 10 นาโนวินาที ความสอดคล้องแบบนั้นไม่สามารถทำได้จาก USB มันไม่ได้ออกแบบมาเพื่อตอบสนองอุปกรณ์หนึ่งที่มีความต้องการฟุ่มเฟือย - มันถูกออกแบบมาเป็นรถบัส และคุณไม่สามารถควบคุมได้เมื่อคุณเป็นเจ้าของบัส - อุปกรณ์เป็นเพียงทาส หากโฮสต์อนุญาตให้อุปกรณ์อื่นพูดคุยเมื่อคุณต้องการส่งข้อมูลข้อมูลของคุณจะหายไป

คุณอาจร้องไห้เหม็น - ทำไมโอนข้อมูลเรียลไทม์ไปยังคอมพิวเตอร์เมื่อ 'เรียลไทม์' สำหรับบุคคลคือ 60Hz หากสิ่งที่คุณต้องทำคืออัปเดตจอแสดงผลคุณไม่จำเป็นต้องใช้ข้อมูลจำนวนมาก ยกเว้นที่คุณทำ - จอแสดงผลของคุณคือการรวมกันเชิงเส้นของตัวอย่างทั้งหมดที่คุณรวบรวม การประมาณค่าเฉลี่ยการประมาณลูกบาศก์น้อยที่สุดหมายถึงกำลังสองน้อยที่สุด - ไม่สำคัญ ในการทำให้จอแสดงผลสวยน่ารักที่ไม่ได้เป็นเพียงจุดจำนวนมากคุณต้องได้รับข้อมูลทั้งหมดส่วนใหญ่และคุณต้องโพสต์ประมวลผล มีสิ่งใดกระตุ้น? ต้องทำการคำนวณบนโฮสต์ - ที่ชั้นแอปพลิเคชัน ไม่ว่าคุณจะหั่นมันแบบไหนก็ตามสำหรับการแสดงผลแบบเรียลไทม์ที่อัตรา 1GS / s สำหรับความแม่นยำใด ๆ ที่คุ้มค่ากับการแช่งคุณต้องถ่ายโอนคำสั่งที่มีขนาดมากกว่า USB ที่สามารถจัดการได้

สิ่งรอบตัวนี้มีอะไรบ้าง? อย่าแสดงผลแบบเรียลไทม์ ขอบเขต USB บางอันมีโหมดที่เรียกใช้เท่านั้น การเรียกใช้งานถูกจัดการบนอุปกรณ์และเมื่อพบทริกเกอร์ข้อมูลจะถูกรวบรวมในบัฟเฟอร์ เมื่อบัฟเฟอร์เต็มขอบเขต USB จะถ่ายโอนไปยังแอปพลิเคชันอย่างช้าๆจากนั้นแอปพลิเคชันจะแสดง นั่นเพียงพอสำหรับการใช้ขอบเขตมากมาย แต่ไม่ใช่แบบเรียลไทม์ และการถ่ายโอน - ที่ใช้เวลาสักครู่เช่นกัน มันไม่สะดวก และมักไดรเวอร์ดูด คุณสามารถบอกได้ว่าฉันมีประสบการณ์ที่ไม่ดี

ฉันสงสัยอยู่เสมอว่าทำไม Firewire ถึงไม่ใช้สำหรับขอบเขต มันหลีกเลี่ยงอาการปวดหัวของ USB มันเป็นแบบ peer-to-peer, มีโหมด isochronous (สม่ำเสมอเวลา) และแบนด์วิดธ์ค่อนข้างสูง คุณอาจสามารถสร้างขอบเขตแบบเรียลไทม์ 10MHz หรืออย่างนั้นก็ได้

วิธีระบุที่อยู่ของคุณหลังจากแก้ไข:

• ขอบเขตการใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างมากกับราคา เมื่อคุณกระโดดจากขอบเขต USB $ 200 ถึงแม้กระทั่ง $ 500 แบบสแตนด์อโลนคุณจะได้รับคุณสมบัติและฟังก์ชั่นพื้นฐานที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำไมใช้เงินเพียง $ 200 เมื่อเพิ่มอีกนิดคุณจะได้รับขอบเขตที่แท้จริง ตอนนี้จีนได้เปิดประตูระบายน้ำราคาถูกและมีประสิทธิภาพแล้วมีเหตุผลเล็กน้อยที่ต้องการประหยัดเงิน 300 เหรียญซึ่งจะทำให้คุณผิดหวังในภายหลัง ขอบเขต 'แฟนซี' ที่มีคุณสมบัติเหล่านี้มีราคาถูกในปัจจุบัน

• ใช่การ จำกัด การถ่ายโอนข้อมูลของคุณให้เพียงบางสิ่งบางอย่างที่มีค่าประมาณ 60Hz ของข้อมูลที่สอดคล้องกันจะทำได้ง่ายขึ้นด้วย USB แต่นั่นก็ไม่ใช่สิ่งที่คุณต้องการทำ อย่าลืมคลาส DSP ของคุณเพียงแค่ดึงข้อมูลบางอย่างจากจำนวนสตรีมไปยังการทำลายล้าง เมื่อคุณสังหารคุณต้องเพิ่มตัวกรองการลดรอยหยัก เมื่อคุณทำเช่นนี้คุณจะเสียแบนด์วิดท์ สิ่งนี้ทำให้ขอบเขตของคุณมีประโยชน์น้อยลง - มันจะ จำกัด แบนด์วิดท์ของคุณในการแสดงผลแบบเรียลไทม์ (และสำหรับโหมดเรียลไทม์เท่านั้น - โหมดที่ถูกเรียกใช้จะไม่เป็นไร) ให้น้อยกว่าแบนด์วิดท์ของอนาล็อก การจัดการด้านการประมวลสัญญาณของออสซิลโลสโคปเป็นเรื่องยุ่งยาก

• ล้างการแสดงผลตอบสนองหรือไม่ พีซี? ไม่สม่ำเสมอ ไม่ว่าคุณจะทำสิ่งนี้อย่างไรคุณจำเป็นต้องบัฟเฟอร์ข้อมูล อย่างที่ฉันพูดไว้ก่อนหน้านี้ USB ไม่รับประกันเมื่อข้อมูลของคุณผ่าน ฉันจะบอกว่าแตกต่าง: USB ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับการถ่ายโอนข้อมูลแบบเรียลไทม์ แน่นอนว่าสำหรับข้อมูลจำนวนเล็กน้อยในช่วงเวลาที่เพียงพอคุณอาจได้รับประสิทธิภาพที่ดี แต่ไม่ได้มีประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ คุณจะใช้บัฟเฟอร์และอีกครั้งในขณะที่คุณจะพลาดการถ่ายโอนบัฟเฟอร์ของคุณในเวลาที่เหมาะสม จากนั้นจอแสดงผลของคุณจะข้ามข้อมูลเก่า ฯลฯ จอแสดงผลแบบเรียลไทม์ที่ชัดเจนและตอบสนองต้องมีการเชื่อมโยงข้อมูลแบบเรียลไทม์ระยะเวลา

• เรียกง่าย - อีกครั้งเรากลับไปที่ราคาเทียบกับความซับซ้อนกับการตอบสนอง ในการเรียกใช้อุปกรณ์เพื่อตรวจหาสภาวะชั่วครู่อุปกรณ์ของคุณจะไม่สามารถเป็นเพียงท่อข้อมูลใบ้ที่ถ่ายโอนตัวอย่างโดยไม่มีความรับผิดชอบผ่าน USB คุณต้องบัฟเฟอร์บัฟเฟอร์ตัวอย่างบัฟเฟอร์บนอุปกรณ์จนกว่าคุณจะเห็นเงื่อนไขการเรียกของคุณ นั่นหมายความว่าคุณต้องการหน่วยความจำและสติปัญญาบนอุปกรณ์ของคุณ - ทั้ง FPGA ขนาดใหญ่หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดใหญ่ ที่เพิ่มขนาดและพื้นที่ หากคุณใช้ FPGA คุณจะต้องสร้างสมดุลจำนวนตรรกะที่เรียกใช้กับความต้องการ RAM จำนวนมากสำหรับพื้นที่บัฟเฟอร์ ดังนั้นบัฟเฟอร์ของคุณจึงเล็กกว่าที่คุณต้องการ นั่นหมายความว่าคุณจะได้รับข้อมูลจำนวนเล็กน้อยรอบ ๆ จุดกระตุ้นของคุณ ถ้าคุณไม่เพิ่มหน่วยความจำภายนอก - คุณก็สามารถทำอะไรได้มากกว่านี้ สิ่งนี้จะเพิ่มขนาดและค่าใช้จ่ายให้กับอุปกรณ์ของคุณ - แน่นอนว่านี่ไม่ใช่เพียงแค่โพรบที่เชื่อมต่อด้วยสาย USB

• คุณโชคดีที่ได้รับแบนด์วิดธ์ 100MHz โดยปกติแล้วอัตราการสุ่มตัวอย่าง 10 เท่านั้นถือว่าเป็นขั้นต่ำสำหรับแบนด์วิดท์ ดังนั้นหากคุณมีอัตราการสุ่มตัวอย่าง 1GS / s ที่แทบจะไม่ได้รับแบนด์วิดท์ 100MHz คุณไม่สามารถรับได้มากขึ้น - คลื่นสี่เหลี่ยม 200MHz ดูเหมือนคลื่นไซน์ 200MHz ที่ดูด มันช่างโง่เง่า - ไม่มีที่ไหนใกล้กับระดับมืออาชีพ

คะแนนชุดอื่นของคุณ:

• $ 200? คุณคิดยังไง รายการชิ้นส่วนคืออะไร?
• ขอบเขตที่ดีในการอ่านสัญญาณความเร็วสูงไม่ต้องเสียเงินหลายพันดอลลาร์ พวกเขาอาจมีค่าใช้จ่ายพันดอลลาร์ 100MHz คือการเล่นของเด็กในแผนกขอบเขตและความคิดของคุณจะไม่ตรงตามเกณฑ์มาตรฐานนั้นและขอบเขต $ 1,000
• ใช่จากวิธีที่คุณอธิบายมันจะมีข้อ จำกัด อย่างแน่นอน ด้านเทคนิคของแม้แต่ความต้องการบางประการที่คุณมีหมายถึงอุปกรณ์ที่ จำกัด มาก
• มันจะไม่เป็นประโยชน์เกือบจะเท่ากับขอบเขต $ 1,100 ที่ฉันซื้อด้วยเครื่องวิเคราะห์ตรรกะและแบนด์วิดธ์อนาล็อก 60MHz ฉันควรจะจ่ายค่าอุปกรณ์การทดสอบของฉันที่มีอยู่รอบตัวด้วยของเล่นเด็กที่ตั้งใจ จำกัด

คุณใช้ชีวิตและตายโดยอุปกรณ์ทดสอบของคุณในฐานะวิศวกร หากคุณไม่แน่ใจคุณสามารถเชื่อใจได้ว่าคุณเสียเวลา เนื่องจากขาดความเชี่ยวชาญที่คุณแสดงเกี่ยวกับการสื่อสารความเร็วสูงการประมวลผลสัญญาณและพลังของการประมวลผลแบบฝังตัว (ใน FPGA หรือไมโครคอนโทรลเลอร์) ฉันจะไม่เดิมพันคุณออกแบบการออกแบบด้วยตัวเองและไม่มีใครตอบอะไรเลย นอกเหนือจากความสับสน

หากมีข้อกำหนดที่ตรงเป้าหมายมากขึ้นซึ่งตอบสนองต่อความต้องการที่แท้จริงในชุมชนที่ไม่ได้รับการบริการฉันจะเห็นว่าเป็นไปได้ทางเทคนิคที่ฉันจะเข้าร่วม แต่ความต้องการที่คลุมเครือของคุณดูเหมือนจะไม่ได้รับการวิจัย คุณต้องทำแบบสำรวจตัวเลือกที่มีสำหรับมือสมัครเล่น - ขอบเขต USB และสแตนด์อะโลนคือสิ่งที่ผู้คนใช้จุดแข็งและจุดอ่อนของพวกเขาคืออะไรจุดแข็งและจุดอ่อนของพวกเขา ไม่อย่างนั้นมันก็แค่เพ้อฝัน

คุณไม่ต้องการให้อยู่ในรูปแบบโพรบที่ถือด้วยมือเนื่องจากขอบเขตช่องสัญญาณเดียวไม่มีประโยชน์มาก ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของ 2 ช่องทาง (แม้ว่าคุณจะ mux ADC) เป็นค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเล็กน้อย แต่มีประโยชน์เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ถ้าคุณไม่ต้องการดึงมากกว่า 500mA ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่เพราะคุณอาจมีตัวแปลง DC-DC แยกต่างหาก อย่างไรก็ตามการได้รับแบนด์วิธสูงข้ามกำแพงกั้นเป็นสิ่งที่ไม่สำคัญ

มีปัญหาสองสามอย่างที่นี่ หากเราใช้ขอบเขตอ้างอิงแบบอะนาล็อก 1GHz (เช่น Tektronix ที่ดี) จากนั้นขอบเขตที่เสนอนี้จะได้รับผลกระทบด้วยวิธีต่อไปนี้:

1) ASD5010 เป็นตัวแปลง 8 บิต 8 บิตไม่เพียงพอที่จะแข่งขันกับขอบเขตแอนะล็อกที่ดีได้

2) อย่าสับสนอัตราการสุ่มตัวอย่างด้วยแบนด์วิดธ์แบบอะนาล็อก สำหรับชิปที่คุณเลือกแบนด์วิดท์อะนาล็อกที่เทียบเท่ากันน่าจะใกล้ 100 MHz มากกว่า 1 GHz

นี่ไม่ใช่การบอกว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างขอบเขตดังกล่าวเราสามารถซื้อรายละเอียดการประชุมเหล่านี้ได้อย่างชัดเจนในเชิงพาณิชย์ มันไม่สำคัญเลยที่จะได้แบนด์วิดท์ 1 GHz และต้องใช้วิศวกรรมพิเศษและชิ้นส่วนที่ดีกว่า

8 บิต ADCs นั้นค่อนข้างธรรมดาใน Oscilloscope แต่เทคนิคการใช้ ADC นั้นแตกต่างกันเล็กน้อย ตามที่ฉันเห็นขอบเขตภายในกรณีทั่วไปคือการใช้ชิป ADC 4 ตัวแต่ละอันมีการเพิ่มเฟส 90deg ดังนั้นคุณจะได้รับ 4x ตัวอย่างต่อรอบนาฬิกาหนึ่งครั้งและนั่นเป็นสาเหตุที่ clk freq ค่อนข้างต่ำ แต่แบนด์วิดธ์ข้อมูล สูง อย่างไรก็ตามโครงการดังกล่าวจะจบลงด้วยการเสียเงินมากขึ้นกว่าการซื้อขอบเขตใหม่ :-) อย่างไรก็ตามมันอาจเป็นการฝึกฝนที่ดีสำหรับการเรียนรู้ด้วยตนเอง OTOH นึกถึงขอบเขตด้านแอนะล็อก ส่วนนั้นยากและยากที่จะทำ

ปัญหาอื่น ๆ :

• การป้องกัน : แน่นอนว่าคุณไม่ต้องการให้ทำลายเวลาที่คุณใส่ผิด 20-30 V ไปยังอินพุต;

• การปรับเทียบ : แม้ที่ความแม่นยำ 8 บิตคุณยังคงต้องควบคุมข้อผิดพลาดภายใน 1/256 = 0.4% โดยรวม ไม่น่ารำคาญกับส่วนประกอบมาตรฐาน

• การกรองสัญญาณรบกวน : จะต้องมีการป้องกันและกรองและไม่เพียงพอเพราะ FPGA จะสร้างเสียงรบกวนดังนั้นคุณต้องแยกโดเมนอะนาล็อกและดิจิทัลออก

อย่างไรก็ตามเกี่ยวกับการเชื่อมต่อ USB ฉันคิดว่ามันใช้งานได้ดีกว่าในการประมวลผลข้อมูลภายในและเชื่อมต่อกับจอแสดงผลโดยตรง