Как это достигается с точки зрения сбора данных? Если бы я хотел реализовать самодельное цифровое устройство для захвата высокочастотных аналоговых сигналов, какие у меня были бы варианты? До сих пор я придумал только несколько довольно бесполезных идей для дизайна!
Используя микропроцессор PIC, частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя в серии 18f, как мне кажется, составляет порядка 1 МГц при 10-битной точности, если я прав (?). намного лучше, как современные прицелы достигают частот в ГГц?
В DSO начального уровня Rigol 1052E (тот, что у меня есть и способный работать на частоте 100 МГц с изменением программного обеспечения) используется Analog Devices AD9288. Это двухканальный АЦП с 8-битными параллельными выходами и частотой выборки 40 или 100 миллионов выборок в секунду (в зависимости от разрядности микросхемы). Хотя Rigol производит 1 гигабайт выборки в секунду, я не уверен, мультиплексируют ли они их или что именно дает им 10-кратное увеличение выборки по сравнению с одним чипом.
AD9288 имеет побитовый преобразователь конвейерного типа для 5 старших разрядов и использует 3-битную флэш-память для последних 3 младших разрядов. Это имеет смысл, так как более высокую величину должно быть легче быстро преобразовать с помощью конвейеров. Как сказал Стивен, по мере того, как скорость вашего АЦП будет расти, количество битов, выбираемых с помощью флэш-преобразования, будет увеличиваться.
Я предполагаю, что они используют Flash ADC . Их преимущество заключается в том, что преобразование происходит немедленно, в то время как АЦП с последовательной аппроксимацией, подобные используемым в большинстве микроконтроллеров, выполняют алгоритм, требующий ряда шагов. Недостатком флэш-АЦП является то, что они довольно требовательны к аппаратному обеспечению (8-битный АЦП имеет 255 компараторов), но большинство осциллографов не имеют очень высокого разрешения. (Аналоговые прицелы часто имели точность 3%, что соответствует 5 битам.)
Джодес, в вашем комментарии говорится, что вы получили свой ответ, но решение гораздо больше, чем Flash ADC. Ознакомьтесь с рекомендациями по применению Agilent « Методы достижения полосы пропускания осциллографа более 16 ГГц ». Раньше я работал в этом кампусе (но не претендую на то, что у меня есть подробный опыт). Компания Agilent в Колорадо-Спрингс — это глобальный центр знаний, связанных с обработкой мультигигагерцовых сигналов. Они работали над решением 32 ГГц в течение многих лет .и только начали поставки в прошлом году. Активные датчики и микроэлектроника, обрабатывающие сигналы, чрезвычайно сложны. Ознакомьтесь со всей библиотекой документов, связанных с высокопроизводительным осциллографом DSO и DSA компании Agilent Infiniium 90000 серии X. Погуглите — URL-адрес уродлив, и я не уверен, что они предлагают постоянную ссылку на страницу библиотеки. Вы также можете ознакомиться с соответствующими патентами.
Производители осциллографов рекламируют «эквивалентную частоту дискретизации». Это НЕ частота дискретизации в реальном времени. Это частота дискретизации, полученная с использованием выборок из нескольких периодов и выборок в разные моменты сигнала. Комбинируя их, вы получаете более высокую «эквивалентную частоту дискретизации». Таким образом, если у вас будут АЦП со скоростью 100 MSPS и вы сделаете это 10 раз (очень плохо!), вы получите 1GSPS.
Это плохо, потому что предполагается, что ваш сигнал является периодическим, а это не всегда так.
Что важно для осциллографа, так это частота дискретизации «одиночного выстрела». Это также функция, которую вы, вероятно, будете использовать (например, захватить отклик на шаг) или внимательно посмотреть на нетанцующую волну. Это дает представление о том, на что способно аппаратное обеспечение, а не «полируется» программным обеспечением. Аппаратное обеспечение можно чередовать, т. е. использовать несколько высокоскоростных АЦП и синхронизировать сигналы «начала преобразования» в нужное время. По этой же причине некоторые осциллографы будут иметь более высокую частоту дискретизации в одноканальном режиме, чем в двухканальном. Ваша типичная серия PIC18 имеет только 1x преобразователь АЦП, но несколько каналов (с аналоговым мультиплексором).
Кроме того, выделенные микросхемы АЦП могут быть намного быстрее. 100MSPS не так уж сложно найти. Взгляните сюда, National рекламирует их как сверхвысокие скорости. Я не знаю, как именно они работают, я вижу, что 3GSPS уже используют внутреннее чередование.
Rigol 1052E, как упомянул Джо, — отличный пример того, как сделать это эффективно и дешево. Он использует кучу независимых АЦП, каждый из которых имеет более низкую частоту дискретизации, и синхронизирует их в противофазе друг с другом. Таким образом, сэмплы извлекаются из каждого АЦП по очереди в циклическом режиме.
Очевидно, что ваш тайминг должен быть чрезвычайно точным, чтобы сделать это таким образом, и похоже, что 1025E использует PLD именно для этого — и, учитывая, что на той же плате также есть FPGA, связанный с обработкой входящего сигнала, похоже, что PLD (гораздо менее мощный, но с более предсказуемой внутренней маршрутизацией) был добавлен из-за его способности генерировать и обрабатывать сигналы с очень точной синхронизацией.
Они чередуют несколько АЦП с часами, которые немного не совпадают по фазе друг с другом, получая 5-кратную частоту дискретизации одного чипа. Кроме того, для периодического сигнала существует хитрость, которую используют многие современные осциллографы, заключающаяся в том, что тактовая частота дискретизации не совпадает по фазе с измеряемым сигналом, так что при последовательных выборках изменяется другая часть формы волны. семплируется, хотя и в другом цикле этой формы волны. Затем, после того, как будет сделано достаточное количество выборок, они могут реконструировать сигнал, если смогут определить основную частоту измеряемой формы волны (это гораздо проще сделать). Есть смысл?
Келленджб
КЛ22