Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Tani oscyloskop cyfrowy - pomiar periodycznych sygnałów wys. częst. powolnym ADC

japko1024 29 May 2020 11:07 879 8
  • #1
    japko1024
    Level 18  
    Witam,
    Z tego, co wiem, problemem występującym w oscyloskopach cyfrowych jest konieczność bardzo szybkiego przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy i wprowadzania uzyskanych danych do pamięci. Z tego względu profesjonalne oscyloskopy cyfrowe są bardzo drogie, a tańsze nie nadają się do pomiaru sygnałów o wysokich częstotliwościach. Jednak prawdopodobnie da się rozwiązać ten problem, o ile sygnał jest periodyczny.
    Rozwiązanie polega na tym, żeby po upływie zadanego czasu od impulsu wyzwalającego, przetwornik był podłączany do sygnału wejściowego na bardzo krótką chwilę (można wykorzystać generator impulsów nanosekundowych - na Elektrodzie jest parę opisów takich układów), a przez resztę czasu pozostawał odłączony. Wtedy przetwornik mierzyłby napięcie tylko w jednej fazie sygnału. Po odpowiedniej liczbie przebiegów, kiedy uzyskany w ten sposób ładunek (np. zgromadzony w bramce tranzystora MOSFET) można uznać za stabilny, ADC wykonywałby pomiar, a następnie opóźnienie generowania impulsu byłoby zwiększane i cykl powtarzałby się - aż do "przeskanowania" całego okresu fali. Wówczas opóźnienie byłoby ponownie zmniejszane do najniższej wartości i rozpoczynałaby się rejestracja następnego przebiegu.
    Oczywiście taki oscyloskop nie dorównałby profesjonalnym konstrukcjom, gdyż nie umożliwiałby rejestracji każdego okresu fali z osobna, ale do wielu zastosowań (pomiar sygnałów o wysokiej częstotliwości, których przebieg nie zmienia się zbyt szybko) byłby wystarczający. W przypadku sygnałów o niższej częstotliwości sygnał wejściowy mógłby być doprowadzony cały czas do ADC - wówczas rejestrowanie przebiegu byłoby wykonywane w standardowy sposób.
    Kiedy będę miał czas, spróbuję zbudować takie urządzenie. Co o tym myślicie? Ma szansę działać? A może już spotkaliście się z tego typu konstrukcjami?
  • #2
    _lazor_
    Moderator of Designing
    Ogólnie to by była ciekawa dyskusja, ale jak czytam o:

    japko1024 wrote:
    przetwornik był podłączany do sygnału wejściowego na bardzo krótką chwilę


    i już wiem że nie wierz jak działa ADC więc dalsza dyskusja się wykoleja bo brak podstaw a przez to próby rozwiązania problemu, który nie istnieje:
    japko1024 wrote:
    można wykorzystać generator impulsów nanosekundowych - na Elektrodzie jest parę opisów takich układów


    Powiem że to scalak odpowiada (czy to całkowicie osobny czy też w jakimś uC) za "podłączanie" sygnału badanego do ADC (czyli ładowanie kondensatora pomiarowego), więc pół tekstu było zbędne z przyczyn błędnych założeń.

    Możesz poczyać sobie o:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Undersampling

    oraz czym jest interpolacja:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Interpolation

    przyda się również wiedza o fft i jak można zrekonstruować sygnał na podstawie widma.
  • Helpful post
    #3
    jarek_lnx
    Level 43  
    Trudno wpaść na całkowicie nowy pomysł, konstrukcje takie istniały dawniej jako oscyloskopy samplingowe i przystawki samplingowe do zwykłych oscyloskopów. W początkach rozwoju oscyloskopów analogowych, gdy napotkano na trudne do obejścia ograniczenie pasma lampy oscyloskopowej, była to jedyna znana metoda obserwacji GHz. W początkach epoki oscyloskopów cyfrowych kiedy nie umiano stworzyć wystarczająco szybkich ADC, znowu sięgnięto po tą metodę, do dzisiaj w menu większości oscyloskopów znajdziesz "equivalent time sampling" tyle że nie daje ona już znaczących korzyści w porównaniu z "real time sampling". Producenci się zorientowali że dawanie większej szybkości za niższą cenę, nie leży w ich interesie, dlatego ta funkcjonalność "wymiera".

    W amatorskich warunkach zbudowanie takiego sprzętu ma sens, mogę ci nawet podpowiedzieć jak, sam się zastanawiam czy by takiego nie zbudować:
    http://www.redrok.com/Circuits_1GHz-samplig-Oscilloscope-Front-End.pdf
    Projekt z przed 20 lat :)

    Co do generatorów impulsów nanosekundowych - przydadzą się do testowania, layout takiej przystawki samplingowej będzie kluczowy dla końcowych efektów.

    Generator możesz wykonać na tranzystorze lawinowym i linii długiej - całkiem fajnie to działa, przebadać go na jakimś lepszej klasy fabrycznym sprzęcie, żeby wiedzieć jak wygląda przebieg, a później budować swoją przystawkę.

    _lazor_ wrote:
    Powiem że to scalak odpowiada (czy to całkowicie osobny czy też w jakimś uC) za "podłączanie" sygnału badanego do ADC (czyli ładowanie kondensatora pomiarowego), więc pół tekstu było zbędne z przyczyn błędnych założeń.
    Hasło dla autora tematu na dziś: sample and hold (S&H)


    Zamiast dumać nad "nowymi" pomysłami, warto poczytać co robiono 50 lat temu ;)
    Tektronix wydał kilka bardzo użytecznych publikacji
    https://www.davmar.org/TE/TekConcepts/TekSamplingCircuits.pdf
  • #4
    _lazor_
    Moderator of Designing
    jarek_lnx wrote:
    W amatorskich warunkach zbudowanie takiego sprzętu ma sens, mogę ci nawet podpowiedzieć jak, sam się zastanawiam czy by takiego nie zbudować:
    http://www.redrok.com/Circuits 1GHz-samplig-Oscilloscope-Front-End.pdf
    Projekt z przed 20 lat :)


    Srogie, ale poziom wiedzy aby wykonać PCB jest po za zakresem "amator elektroniki".
  • #5
    jarek_lnx
    Level 43  
    _lazor_ wrote:
    Srogie, ale poziom wiedzy aby wykonać PCB jest po za zakresem "amator elektroniki".
    Krótkie połączenia i dead bug on ground plane - da się szybkie układy budować nawet bez PCB. Podlinkowałem ten projekt bo ten najłatwiej znaleźć, nikt nie powiedział że autor musi od razu celować w 1GHz, w "wolniejszych" projektach też może korzystać z dobrych szybkich rozwiązań jak klucz diodowy.

    Na co dzień wystarcza mi oscyloskop 100MHz, ale czasem przydało by się coś szybszego, potrzeba ta nie jest jednak aż tak istotna, aby uzasadniała zakup sprzętu nawet używanego z kilka tysięcy, taki układ mógł by być użyteczny, tylko musiał bym na chwilę dorwać się do lepszego sprzętu, żeby zweryfikować poprawność pracy.
  • #6
    trol.six
    Level 31  
    japko1024 wrote:
    Co o tym myślicie? Ma szansę działać? A może już spotkaliście się z tego typu konstrukcjami?


    oscyloskop OSANMEG

    A dlaczego miałoby nie działać ;) Kwestia poprawnej synchronizacji oraz odmierzania czasu. Wiele oscyloskopów cyfrowych ma "wspomaganie" próbkowania w ten sposób, jak już nadmieniono nazywane próbkowaniem ekwiwalentnym, oprócz typowego w czasie rzeczywistym. Poza tym nawet na zwykłym analogowym obserwacja przebiegu polega na synchronizacji.
    .
  • #7
    CosteC
    Level 33  
    Wydaje mi się, że trzeba aby wejść w zakres pasma rzędu 1 GHz trzeba by kupić dostatecznie szybki układ Sample/Hold, zrobienie go na elementach dyskretnych wydaje się niemożliwe, albo wybitnie trudne, chociażby z powodu wymiarów układu. Potem można użyć "powolnego" ADC. Sterowanie procesem próbkowania jest relatywnie proste. Teraz pytanie po co, poza walorami edukacyjnymi.

    Z drugiej strony próbkowanie 1 GHz dzisiaj nie jest żadnym wyczynem :)
  • #9
    trol.six
    Level 31  
    jarek_lnx wrote:
    Powyżej link nie działa, ale to jest to https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3601903.html

    Nie wiem czemu ale skasowały się znaki "//" z linku. Poprawiłem.
    .
pcbway logo