Xmega [C] - Zakłócenia przy pomiarach małych sygnałów ADC 150 mV

Witam.
Buduję kolejny oscyloskop, z pewnych względów kodu pokazać nie mogę więc postaram się opisać problem jak najlepiej.

Otóż, przy pomiarach bardzo małych sygnałów (o amplitudzie ok 150 mV) zauważam zakłócenia.
Sygnał pochodzi z generatora funkcji zaimplementowanego również w tym urządzeniu.
No nic dziwnego, zakłócenia jak zakłócenia, sygnał jest podwójnie buforowany poprzez WO (raz na wejściu ADC) i na wyjściu DAC wraz z filtrem LP.
Nie wiem, czy nazwa zakłócenia jest prawidłowa.
Może raczej to nazwać niestabilnością w próbkowaniu?
Pewnie bym to wszystko zwalił na układy Analogowe i moje ich nieprawidłowe zaprojektowanie, ale temat jest o tyle Ciekawy, że Czasami te niestabilności znikają.
Zauważyłem, że np po naciśnięciu klawisza (przerwanie z INT) i następnie obsługa klawisza w pętli głównej, wtedy przebieg na jedno odświeżenie się wygładza.
Dziwactwo.. Tak jakby, gdy program tylko zapyla wkoło i nie robi nic prócz odświeżania ekranu a DMA zajmuje się transferem do buforów to wtedy próbkowanie jest niestabilne. Jeśli w trakcie próbkowania program obciążę jakimiś mało skomplikowanymi obliczeniami, jest ładnie, ale jeśli znowu przesadzę z obciążeniem to całkiem paskudnie to wygląda.
W tym momencie brak mi już pomysłów, czemu tak się może dziać.

Opis może trochę poplątałem, ale starałem się opisać dokładnie co się dzieje.

Możesz wyjaśnić dokładniej co masz na myśli w pojęciu niestabilności próbkowania?
Czy przetwornik jest niestabilny, czy są błędy podczas zapisu lub odczytu do lub z buforów?

Podaję przykładowo sinus na wejście, urządzenie wyświetla mi sinus, ale taki poszarpany.
Konieczność uzyskania jakiegoś przyzwoitego zakresu napięć wejściowych zmusza do zastosowania dość sporego tłumienia poprzez dzielnik napięciowy (skompensowany) na wejściu WO pracującego w konfiguracji wtórnika napięcia.
Ostatecznie sygnał wejściowy o amplitudzie ok 3V na wejściu ADC ma amplitudę ok 200 mV. Taki też przechodzi przez WO.
Urządzenie narazie jest w wersji prototypowej, w fazie budowy, kable, kable i jeszcze raz kable + zasilanie sieciowe więc troszkę zakłóceń przy małych napięciach być musi jak narazie (ostatecznie dobrze zaprojektowana i ekranowana płytka + zasilanie bateryjne powinno coś poprawić).
No ale nie o te zakłócenia mi chodzi, nawet z nimi przebieg jest całkiem ładny(w tych wyjątkowych momentach).
Chodzi o to dodatkowe poszarpanie.
Ogólnie zauważam, że coś niedobrego dzieje się z przetwornikami A/C. Gdzieś coś mi koliduje czy coś, ponieważ np przy próbkowaniu 2Msps jeden kanał próbkuje szybciej, drugi wolniej(i to też czasami).

Oczywiście nie podałem kodu ani schematu więc wiem, że nikt mi nie powie gdzie jest problem. To muszę poszukać sam.
Chodziło mi o jakieś naprowadzenie może.. co się może dziać i jak to wogóle możliwe..

Spróbuj podać sygnał z jakiegoś innego urządzenia.
Bo teraz masz tak że z tego samego procesora pobierasz sygnał i tym samym procesorem dokonujesz pomiaru.
A generowanie sygnału i pomiar zapewne nie są niezależne- jakieś przesunięcie czasowe itp.
może występować.
Wszystko zależy od kodu i działania sprzętowego procesora.
A jakiś prosty generator można zrobić na jednym wzmacniaczu albo nawet na tranzystorze.

Może spróbuj najpierw wykonać pomiary tylko dla pierwszego kanału, a potem tylko dla drugiego. Porównaj wyniki. Może jest problem z przełączaniem kanałów.
Z opisu wynika że masz zewnętrzny przetwornik ADC.

No na zewnętrznym jakby trochę lepiej, nie występuje również różnica w częstotliwości próbkowania jednego przetwornika i drugiego.
Dziwne, czemu to jest aż tak zależne.Realizowane jest to sprzętowo.
Jeden ADC ma swój kanał DMA, drugi ADC też ma swój i DAC ma również swój.
Tak jakby przy uruchomieniu transferu 3 kanałów DMA jednocześnie coś gdzieś kolidowało.
Zauważyć to też można właśnie na tym wolniejszym próbkowaniu przez jeden kanał. W momencie wyzwolenia, pierwszych kilka próbek się zgadza a potem dopiero się rozjeżdża..

INTOUCH napisał:

Może spróbuj najpierw wykonać pomiary tylko dla pierwszego kanału, a potem tylko dla drugiego. Porównaj wyniki. Może jest problem z przełączaniem kanałów.
Z opisu wynika że masz zewnętrzny przetwornik ADC.

W którym miejscu napisałem o zewnętrznym przetworniku?
Używam Dwóch wewnętrznych przetworników Xmegi.
Nie ma przełączania kanałów, każdy przetwornik działa niezależnie.

Tzn.- wyłączyłeś całkiem DAC czy tylko korzystałeś z zewnętrznego generatora a DAC był włączony ale nieużywany?

Wyłączałem transfer z bufora do DAC czyli wyłączałem kanał DMA odpowiedzialny za transfer do DAC.
Pozostały uruchomione 2 kanały DMA odpowiedzialne za transfery z ADC do buforów.
Po uruchomieniu trzeciego kanału DMA, coś się sypie.
Dziwne, tak jakby 3 kanały naraz nie mogły działać.
Jeśli działają dwa od ADC to jest w porządku.
Jeśli też działa jeden od DAC i jeden od ADC a drugi od ADC wyłączę, to również jest ok.

A można dodać tam czwarty kanał DMA?
Taki co będzie robił coś bez znaczenia.
To są rozważania na pałę- nie mam pojęcia o DMA- oprócz tego że wykorzystują momenty gdy niepotrzebny jest dostęp do pamięci.

No tak na chybił trafił to ja już od jakiegoś czasu próbuje to rozwiązać..
Jeśli działają 2 kanały, to niby działa, wyzwalanie jest stabilne, ale poszarpanie wykresy nadal występuje przy wolniejszym samplowaniu.

Na zdjęciu widać granicę, od której zaczyna się poszarpanie.
Do tego momentu program wykonuje pewne obliczenia, potem kończy i lata w czekając na nowy pełny bufor.
Czyli jak w czasie próbkowania program coś liczy/wyświetla to wtedy jest dobrze, a jak tylko czeka latając w kółko to próbkowanie się szarpie.
Ma to jakiś związek z Timerem, który to wyzwala DAC.
Po zwiększeniu częstotliwość, na pewnej magicznej granicy(w obecnej konfiguracji czyli przy 2 kanałach DMA) te poszarpania znikają..
Muszę powalczyć z tym chyba jednak metodą prób i błędów, choć tyle razy już programowałem uC z różnymi pomysłami jak to zlikwidować, że flash chyba już jest bliska "zajechania" niestety..

To, że masz 4 kanały DMA nie znaczy, że wszystkimi może iść transmisja pełną parą. Wszystkie kanały DMA współdzielą jedną magistralę, w dodatku współdzielą ją z CPU. W efekcie dochodzi do konkurencji. DMA ma przesyłać dane, ale nigdzie nie jest gwarantowane tempo tego przesyłu. Jeśli dwa kanały na raz chcą coś przesłać, albo jeden + CPU to nie ma siły - coś musi odpuścić. Stąd masz priorytety.
To co obserwujesz przy wewnętrznym generatorze to najpewniej aliasing.

No dobrze, ja rozumiem.. Ale efekt tutaj jest dokładnie odwrotny.. Jeśli CPU nic nie robi, wykres się szarpie, ale jeśli w trakcie próbkowania coś liczy, wyświetla, wtedy jest ładnie.

Druga sprawa, to znany projekt na Xmega Xprotolab wykorzystuje naraz 4 kanały DMA, 2 do ADC, do DAC oraz do transferu PORT-PAMIĘĆ czyli analizator logiczny. Tam wszystko wyrabia(z tym, że tam 3 kanały DMA - od ADC i DAC pracują max 1 MHz, u mnie 2 pracują po 2 MHz).

A aliasing w DSP to coś innego..

No to sam sobie odpowiedziałeś - 3 kanały po 1MHz to dużo mniej niż 2 po 2MHz samplowania. Poza tym przy tak szybkim samplowaniu niedoskonałości przetwornika wychodzą i to jest zupełnie normalne, że będą problemy o jakich piszesz. W końcu to tani wbudowany przetwornik ADC, normalnie ADC o podobnych parametrach nominalnych kosztuje więcej niż ten cały procesor, co powinno dać do myślenia Po prostu chyba zbliżyłeś się do kolejnego limitu budując oscyloskop.
Co do aliasingu - to może nie dokładnie to co się rozumie pod tym pojęciem, chodzi o to, że cały procesor działa w sposób deterministyczny, a więc w każdej sytuacji dochodzi do takiego nałożenia się wykonywanych rozkazów, transferów i zakłóceń. Szczególnie tak się dzieje jeśli procesor nic nie robi - najpewniej siedzi sobie wtedy w pętli i poszczególne elementy się ślicznie synchronizują dając efekt o jakim piszesz.

Ten procesor to raczej w sposób niedeterministyczny działa jak dla mnie teraz
Przy 2 Msps te przetworniki naprawdę działają świetnie nawet przy 12 bitach rozdzielczości.
W poprzedniej wersji scopa również działały 2 przetworniki po 2 Msps i toto działało bez najmniejszych problemów. Tutaj doszedł jeszcze DAC z 1 Msps i już widać tutaj jest granica dla DMA, a szkoda.. Chyba będę musiał się poratować Przerwaniami.. Bo z częstotliwością samplowania zejść niżej nie mogę, a i AWG w swoim urządzeniu odpuścić nie mogę..
Dziękuję wszystkim za odpowiedzi

tmf
Mam jeszcze do Ciebie pytanie:)
To jak wyjaśnisz to:
http://www.gabotronics.com/development-boards/avr-xmegalab.htm
Skoro u mnie 2 kanały po 2 MHz nie wyrabiają to jak tutaj wyrabia z próbkowaniem 16 MHz?

Przy okazji:
ADC przy obsłudze w przerwaniu ma jakieś ograniczenia?
Nie wyczytałem o tym nigdzie, a jednak w przerwaniu nie mogę wyjść powyżej 500 ksps..
Coś przegapiłem czy gdzieś mi się mógł wkraść błąd?

Myślę, że w dużym stopniu problem rozwiązuje zewnętrzny ADC, który tam zastosowali, jest on tylko 8-bitowy, czyli zapotrzebowanie na pasmo spada 2-krotnie, w dodatki wykorzystali interfejs do SRAM - ten moduł procesora może pracować z dwukrotnie wyższym taktowaniem w stosunku do reszty, w efekcie transfery też są 2x wyższe. I na koniec - nigdzie nie napisali, że to jest ciągłe samplowanie 16MSPS

Dodano po 49 [sekundy]:

BTW, nie możesz wykorzystać zewnętrznego ADC z dużym FIFO?

Próbowałem również z 8 bitową rozdzielczością, nie było żadnej różnicy, nadal nie wyrabiało.

Nie napisali nigdzie, że jest to ciągłe 16 mpsp ale na filmiku można zobaczyć, 1us/div więc sporo. Dodatkowo również w tym samym momencie działa Analizator logiczny i DAC więc wszystkie 4 kanały DMA... I działa, dlatego dziwię się, że mi nie wyrabia.

Kwestia zewnętrznego przetwornika była dość mocno rozpatrywana, nawet tutaj na forum. Jednak cena i właśnie obawa, że DMA nie wyrobi i niewiele zyskam w porównaniu z poniesionymi kosztami przeważło, żeby jeszcze pozostać przy wbudowanych ADC.

W trakcie jak pisałeś odpowiedź na wcześniejszy post do pisałem jeszcze drugie pytanie, nie wiem czy zauważyłeś.
pozdrawiam