Dijital osiloskoplar bu kadar yüksek örnekleme oranlarına nasıl ulaşır?

33

Veri yakalama açısından bakıldığında, bu nasıl elde edilir? Yüksek frekanslı analog sinyalleri yakalamak için ev yapımı bir dijital cihaz uygulamak istersem seçeneklerim nelerdir? Şimdiye kadar sadece tasarımlar için oldukça işe yaramaz fikirlerle geldim!

Bir PIC mikroişlemci kullanarak, bir 18f serisindeki A / D örnekleme oranı, eğer doğruysam (?) A / D yongalarının özel olduğunu düşünemiyorum, 10 bitlik doğrulukta 1Mhz düzeyinde çalıştığını düşünüyorum. çok daha iyi, modern kapsamlar GHz’de frekansları nasıl elde eder?

analog sampling

— CL22
kaynak

8

Tipik olarak FPGA'lar veya başka bir işlemci, harici bir ADC'den bu kadar çok veriyi işleyebilmek için kullanılır. PIC'in bunu idare edebilmesi mümkün değil.

— Kellenjb,

Herkesin cevapları ve yorumları için teşekkür ederim, en iyisini seçmek zordu, hepsi bir arada sorumu çok güzel cevapladı!

— CL22

12

Giriş seviyesi DSO Rigol 1052E (sahip olduğum ve yazılım değişikliğine sahip 100 MHz) bir Analog Devices AD9288 kullanıyor. Bu, 8 bit paralel çıkışlı ve saniyede 40 veya 100 milyon numunede bulunan numunelerin (çip hızının derecesine bağlı olarak) çift kanallı bir ADC'dir. Her ne kadar Rigol saniyede 1 Gig'lik bir örnek olsa da, bunların çoğuluyor olup olmadığından veya tam olarak 10x tek yonga örneği verdiğinden emin değilim.

AD9288, 5 MSB biti için aşama başına boru hattı tipi dönüştürücüye sahiptir ve son 3 LSB için 3 bitlik bir flaş kullanır. Bu, yüksek büyüklüğün boru hatlarıyla hızlı bir şekilde dönüştürülmesinin daha kolay olması gerektiği için anlamlıdır. ADC hızlarınız arttıkça, steven’in dediği gibi flaş dönüşümüyle örneklenen bit sayısı artacaktır.

— Joe
kaynak

11

Bu yongaların 5x'i vardır (100 mhz'ye göre overcec'i üst üste getirir) ve gecikmeleri pikosaniye kadar kısaltabileceğiniz CPLD ile tam bir iletişim kurarlar.

— BarsMonster

1

Bu mantıklı. 10 örnek ofset için 5x2 kanal kullanarak, tek kanallı 1 Gs / s yeteneğine sahiptir. Gittiğinizde çift kanal 2x 500Ms / s'ye düşer ve her kanal 5 çipin 1 / 2'sini alır.

— Joe,

18

Sanırım Flash ADC kullanıyorlar . Bunların dönüşümün hızlı olması avantajına sahipken, çoğu mikrodenetleyicide kullanılan SA (Ardışık Yaklaşım) ADC'ler birkaç adım gerektiren bir algoritma uygular. Flash ADC'lerin bir dezavantajı, donanım açısından oldukça ağır olmalarıdır (8 bitlik bir ADC'de 255 karşılaştırıcı vardır), ancak kapsamların çoğu çok yüksek çözünürlüğe sahip değildir. (Analog kapsamlar genellikle% 3 doğruydu, bu 5 bit anlamına geliyor.)

— stevenvh
kaynak

Hakkında okuduğum bir başka yaklaşım, bir flaş ADC ile art arda yaklaştırma yaklaşımı arasında bir geçiş yapmaktır. Bir kez 6 bitlik bir flaş ADC ve 6 bitlik bir DAC kullanarak 10 bitlik bir dönüşüm elde edilebilir; flaş ADC ilk önce giriş aralığını 64 alt bölgeye bölmek için kullanılır, bunun ardından DAC sonrasında DAC'nin analog voltaj aralığını içinde bulunduğu aralığın en üstüne ve altına ayarlar (teoride bir 12-bit dönüşüm yapabilir, ancak Kesin olan şeyleri elde etmek zor olurdu), bu nedenle IIRC üreticileri flaş ADC'de teorik olarak gerekenden daha fazla bit kullanıyor.

— supercat

Yine de mümkün olabilecek bir başka yaklaşım, birinin kullanıp kullanmadığını bilmeme rağmen, içinde daha yavaş ADC'ler olan bir çip tasarlamak ve aralıkları belirli aralıklarla girişleri örneklemektir. Biri saniyede 500.000.000 dönüşüm isteyebilir, ancak sinyal geldiğinde 2ns içinde herhangi bir özel dönüşüm elde etmeniz gerekmez; Her biri bir dönüşüm için 20ns alan 10 ADC'ye sahip bir çip, 2ns'de tek bir dönüşümü yapabilecek olandan daha kolay olabilir. Ancak bu yaklaşımın ne kadar kullanıldığından emin değilsiniz.

— supercat

9

Jodes, yorumunuz cevabınızı aldığınızı söylüyor, ancak çözümde Flash ADC'lerden çok daha fazlası var. Agilent'in Uygulama Notuna bir göz atın, " 16 GHz'den Büyük Osiloskop Bant Genişliklerine Ulaşma Teknikleri ". Eskiden o kampüste çalıştım (ancak ayrıntılı bir kapsam tecrübesi olduğunu iddia etmiyorum). Colorado Springs'deki Agilent, multi-gigahertz sinyal işleme ile ilgili küresel bilgi merkezidir. Onlar için bir 32GHz çözüm üzerinde çalıştığı yıllarve geçen yıl gönderim başladı. Sinyal işlemeyi yapan aktif problar ve mikroelektronik son derece karmaşıktır. Agilent'in Infiniium 90000 X Serisi yüksek performanslı DSO ve DSA osiloskopuyla ilgili tüm belge kitaplığına göz atın. Google it - URL çirkin ve kütüphane sayfasına kalıcı bir bağlantı sunduğundan emin değilim. İlgili patentlere de bakmak isteyebilirsiniz.

— tbc0
kaynak

8

Osiloskop 'eşdeğer örnekleme oranı' ile reklam üretmektedir. Bu canlı bir örnekleme oranı DEĞİLDİR. Bu, çoklu periyodlardan örnekler kullanılarak ve sinyalin farklı anında numuneler alarak yapılan bir örnekleme hızıdır. Bunları birleştirdiğinizde daha yüksek bir 'eşdeğer örnekleme oranı' elde edersiniz. Eğer 100MSPS ADC'ye sahip olsaydınız ve bunu 10 kez yaparsanız (gerçekten kötü!), 1GSPS elde edersiniz.

Bu kötü, çünkü sinyalinizin periyodik olduğunu varsayar, ki bu her zaman değildir.

Bir osiloskop için önemli olan 'tek atış' örnekleme oranıdır. Aynı zamanda kullanmanız muhtemel bir işlevdir (örneğin bir adım yanıtı yakalayın) veya dans etmeyen bir dalga biçimine yakından bakın. Donanım tarafından nelerin yapılabildiğine dair bir gösterge verir, yazılım tarafından 'cilalanmamıştır'. Donanım bir araya getirilebilir, yani birden fazla yüksek hızlı ADC kullanarak ve 'dönüşüm dönüştürmeye başla' sinyallerini doğru zamanda zamanlayabilirsiniz. Bu, bazı kapsamların tek kanal modunda çift kanaldan daha yüksek örnekleme oranlarına sahip olmasının nedeni de budur. Tipik PIC18 serinizde sadece 1x ADC dönüştürücü, ancak birden fazla kanal (analog bir MUX ile yapılır) bulunur.

Ayrıca, özel ADC yongaları çok daha hızlı olabilir. 100MSPS bulmak çok zor değil. Buraya bir göz atın, Ulusal bunları ultra yüksek hız olarak ilan etti. Tam olarak nasıl çalıştıklarını bilmiyorum, 3GSPS olanlarının zaten iç içe geçme kullandığını görüyorum.

http://www.national.com/en/adc/ultra_high_speed_adc.html

— Hans
kaynak

Bu daha fazla oyu hak ediyor - DSO'lar, pazarlama departmanının analog kapsamlara kıyasla özellikleriyle çok fazla yaratıcılık yapmasını sağlıyor.

— John U

4

Günümüzün ucuz 1 GS / s kapsamı, gerçek zamanlı olarak bu hızda, tek kanallı modda örnekleme yapar - diğer cevaplar, örnekleme ve bant genişliklerini dönüşüm oranlarının çok üstünde tutan birkaç faz kademeli ADC kullanarak nasıl başarıldığını açıklar.

— Chris Stratton

Bu cevabın ima ettiği gibi neredeyse özelliklerin olduğu kadar yaratıcılık olduğunu sanmıyorum. Rigol, yalnızca bir örnek vermek gerekirse, düşük uçtaki alanların hepsinde "eşdeğer örnekleme oranı" reklamını yapmaz, çünkü eşdeğer zaman örneklemesine bile sahip değildir; Verdikleri oranların gerçek zamanlı oranlar olduğu çok açıktır ve rakiplerin kapsamlarındaki gerçek zamanlı oranlarla karşılaştırırlar.

— Curt J. Sampson

8

Joe tarafından belirtildiği gibi Rigol 1052E, bunun verimli ve ucuz bir şekilde nasıl yapıldığına harika bir örnektir. Hepsi daha yavaş örnekleme oranına sahip bağımsız ADC'ler yığını kullanır ve birbirleriyle faz dışı kalmalarını sağlar. Bu sayede, numuneler her bir ADC'den ardı ardına yuvarlak robin tarzında alınır.

Açıkçası zamanlama bu şekilde yapmak için olağanüstü hassas olmak zorundadır ve bunun 1025E sadece bunu yapmak için bir PLD kullandığı görünüyor - ve aynı tahta göz önüne alındığında da gelen sinyalin işlenmesi ile ilişkili bir FPGA vardır, PLD anlaşılmaktadır (çok daha az güçlü ancak daha fazla tahmin edilebilir iç yönlendirme ile) çok hassas zamanlama ile sinyal üretme ve işleme kabiliyetinden dolayı eklendi.

— tylerl
kaynak

3

Çoklu ekleri birbirleriyle biraz faz dışı olan saatler ile araya sokarlar, tek bir çipin örnekleme oranının 5 katı olurlar. Ayrıca, periyodik bir sinyal için, ölçülen sinyalin faz dışı olan bir örnekleme saatine sahip olan birçok modern kapsamın kullandığı bir hile vardır, böylece art arda gelen örneklerde dalga formunun farklı bir parçası bu dalga biçiminin farklı bir döngüsünde olsa da örneklendi. Sonra yeterli numune alındıktan sonra, ölçülen dalga formunun temel frekansını belirleyebiliyorlarsa (yeniden yapılması daha kolay) sinyali yeniden oluşturabilirler. Mantıklı olmak?

— Donald Murray
kaynak