미친 사제 500 MHz 1 Gs / s 오실로스코프 가능?

나는 의견과 아이디어를 요청하는 USB 스코프 프로브를 읽고 있었고 , 생각하게되었습니다. 내가 정말로 원하는 것은 $ 10000 정도의 매우 비싼 고성능 오실로스코프입니다. 다른 많은 사람들도 분명히 하나를 원할 것입니다. 그리고이 사이트에서 사용할 수있는 전문 지식을 바탕으로이를 디자인하고 오픈 소스 할 수 있어야합니다.

내 생각은 다음과 같습니다.

• USB 리드가 나오는 휴대용 스코프 프로브입니다.
• 배터리를 USB 전원과 분리하도록 작동했습니다.
• 입력 스테이지는 다음과 같은 고속 연산 증폭기입니다 THS3201DBVT ? .
• ADC는 1Gs / s 및 650MHz 입력 대역폭 인 ASD5010 같습니다 .
• 32 비트 데이터가 나오는 것을 처리하고 트리거링하며 USB로 패키지화하는 FPGA.
• PC에서 실행할 오픈 소스 소프트웨어.

이것은 바보의 심부름입니까? 내가 무엇을 놓치고 있습니까?

답변에 대한 자세한 내용이 추가되었습니다.

• 이 '스코프는 거기에있는 값 비싼 스코프와 경쟁 할 수 없을 것입니다. 주요 목표는 고속 신호를 검사 할 수있는 무언가를 확보하는 한편 누군가가 스스로 만들 수있는 비용은 $ 200 미만입니다.
• USB 대역폭 : 이것은 아날로그 범위도 아니고 멋진 LeCroy 도 아닙니다 . 그러나 USB는 60Hz에서 2k 샘플을 전송할 수 있습니다. 프레임간에 일시적인 이벤트를 캡처 할 수없는 경우에도 여전히 유용합니다.
• 선명한 반응 형 디스플레이. PC의 모니터는 분명합니다. 시장에 나와있는 거의 모든 범위보다 낫습니다. 따라서 선명도와 크기에는 문제가 없습니다. 반응이 있습니까? 화면을 60Hz로 업데이트 할 수 있다면 반응이 빠르다고 생각합니다.
• 트리거링 : 장치에서 발생하는 간단한 레벨 트리거링을 상상하고있었습니다. 다시 말하지만, 멋진 스코프와 경쟁 할 수는 없지만 200 달러짜리 장치 여야합니다.
• 1GHz 대역폭이 없어야합니다. 내가 어디서 그랬어? 그러나 확실히 100MHz 이상의 대역폭을 가질 수 있습니까?

홈 포인트를 가져 가라 :

• 200 달러짜리 장치입니다.
• 이 장치의 주요 목표는 $ 10000를 소비하지 않고도 고속 신호를 볼 수 있도록하는 것입니다.
• 할 수없는 일이 많이있을 것입니다.
• 분명히 이와 같은 것이 여기 사람들에게 상당히 유용 할 것입니다.
• 확실히이 사이트에서 사용할 수있는 전문 지식을 바탕으로이를 실현할 수 있습니까?

이것은 대역폭과 대기 시간 문제입니다. 간단한 시스템의 경우 1GS / s 샘플링 속도와 10 비트 A / D 변환기를 갖춘 100MHz 대역폭을 가진 하나의 프로브를 가정합니다 (8 비트 스코프에 대한 나쁜 경험이 있음).

최소 샘플링 윈도우가 10ns-100MHz 사인파의 1 사이클과 최대 0.5 초 (이것은 너에게 관대 할 것)의 PC에 실시간 디스플레이를 원합니다. 즉, 가장 낮은 시간 설정은 1ns / div와 같고 가장 높은 시간은 .05s / div입니다. 또한 몇 가지 전압 모드-최대 20V까지 100mV 범위를 원합니다.

여기에는 어떤 종류의 데이터 속도가 포함됩니까?

1Gs / s * 10 비트 / 샘플 = 10Gbits / s

그것들은 USB 속도가 아닙니다. 그것과는 거리가 멀다. 그리고 오버 헤드도 고려하지 않았습니다. 먼저 대역폭이 없습니다. 대역폭 뿐만이 아닙니다. 실시간 디스플레이를 위해서는 일관성이 있어야합니다. 10 나노초마다 100 비트 를 애플리케이션 계층 으로 전송해야합니다 . 이런 종류의 일관성은 USB에서 얻을 수 없습니다. 사치스러운 요구를 가진 하나의 장치를 수용하도록 설계되지 않았습니다. 버스로 설계되었습니다. 또한 버스를 소유 한 시간을 제어 할 수 없습니다. 장치는 단지 슬레이브입니다. 데이터를 보내야 할 때 호스트가 다른 장치와 통신 할 수있게하면 데이터가 손실됩니다.

당신은 울부 짖을 수 있습니다-왜 사람의 '실시간'이 60Hz 일 때 실시간 데이터를 컴퓨터로 전송합니까? 디스플레이를 업데이트하기 만하면되므로 많은 데이터가 필요하지 않습니다. 당신이 제외하고-당신의 디스플레이는 당신이 수집 한 모든 샘플의 선형 조합입니다. 평균, 최소 제곱 근사, 입방 스플라인 보간-중요하지 않습니다. 단지 많은 점이 아닌 멋진 예쁜 디스플레이를 만들려면 모든 데이터를 대부분 필요로하며이를 처리해야합니다. 어떤 트리거? 계산은 호스트에서 응용 프로그램 계층에서 수행해야합니다. 어떤 방법으로 슬라이스하든, 1GS / s 속도로 실시간 디스플레이를 위해 엄청나게 큰 정확도를 얻으려면 USB가 처리 할 수있는 것보다 더 많은 양의 데이터를 전송해야하며보다 안정적으로 수행해야합니다.

이 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까? 실시간 디스플레이를하지 마십시오. 일부 USB 스코프는 트리거 모드 만 제공합니다. 트리거링은 장치에서 처리되며 트리거가 발견되면 데이터가 버퍼에 수집됩니다. 버퍼가 가득 차면 USB 스코프가이를 천천히 응용 프로그램으로 전송 한 다음 응용 프로그램에 표시합니다. 그것은 범위를 많이 사용하기에 충분하지만 실시간은 아닙니다. 그리고 이전도 시간이 걸립니다. 불편합니다. 그리고 보통 운전자는 빨다. 내가 나쁜 경험을했다는 것을 알 수 있습니다.

Firewire가 왜 스코프에 사용되지 않는지 항상 궁금했습니다. USB의 두통을 피할 수 있습니다. 피어 투 피어이며 등시성 (일관된 타이밍) 모드를 제공하며 상대적으로 높은 대역폭입니다. 이를 통해 10MHz 실시간 스코프 등을 만들 수 있습니다.

편집 후 포인트를 해결하려면 :

• 범위의 유용성은 가격에 따라 엄청나게 올라갑니다. 200 달러짜리 USB 스코프에서 500 달러 독립형으로 점프하면 기능과 기본 기능이 크게 향상됩니다. 조금 더 많은 비용을 들여 실제 범위를 얻을 수있을 때 왜 200 달러를 소비합니까? 중국이 저렴하고 효과적인 스코프의 수문을 열었으므로, 나중에 당신을 실망시킬 300 달러를 절약 할 이유가 거의 없습니다. 이러한 기능을 갖춘 '팬시'범위는 오늘날 저렴합니다.

• 예, USB를 사용하면 데이터 전송 속도가 60Hz에 달하는 일관된 데이터 만 제공하도록 제한하는 것이 더 쉽지만 여전히 원하는 것은 아닙니다. DSP 클래스를 잊지 마십시오. 스트림에서 특정 데이터를 가져 와서 데시 메이션에 이릅니다. 소멸 할 때는 앤티 앨리어싱 필터를 추가해야합니다. 그렇게하면 대역폭이 손실됩니다. 이는 스코프의 유용성을 떨어 뜨립니다. 실시간 디스플레이 의 대역폭을 제한하고 ( 실시간 트리거 모드 만 가능) 아날로그 프런트 엔드의 대역폭보다 훨씬 작습니다. 오실로스코프의 신호 처리 측면 관리는 까다로운 사업입니다.

• 반응 형 디스플레이를 지우시겠습니까? PC? 일관성이 없습니다. 이를 수행하는 방법에 관계없이 데이터를 버퍼링해야합니다. 앞에서 말했듯이 USB는 데이터가 언제 전달되는지 보증하지 않습니다. 달리 말하면 USB는 하드 실시간 데이터 전송을 수용하도록 설계되지 않았습니다. 물론, 충분한 간격으로 충분한 양의 데이터가 있으면 성능은 좋아 지지만 일관된 성능은 아닙니다. 버퍼링을 사용하고 가끔 버퍼를 적시에 전송하는 것을 놓치게됩니다. 그런 다음 디스플레이가 건너 뛰고 데이터가 오래되었습니다. 명확하고 반응이 빠른 실시간 디스플레이에는 하드 실시간 데이터 링크, 기간이 필요합니다.

• 간단한 트리거링-비용 대 복잡성 대 반응으로 돌아갑니다. 과도를 감지하기 위해 장치에서 트리거링하기 위해 장치는 USB를 통해 무책임하게 샘플을 전송하는 바보 같은 데이터 파이프 일 수는 없습니다. 샘플을 버퍼링, 버퍼링, 버퍼링해야합니다.장치에서 해야합니다.트리거 조건이 보일 때까지 즉, 디바이스에 대형 FPGA 또는 대형 마이크로 컨트롤러와 같은 메모리와 인텔리전스가 필요합니다. 그것은 크기와 공간을 증가시킵니다. FPGA를 사용하는 경우 버퍼 공간을위한 많은 RAM이 필요하므로 트리거링 로직의 양과 균형을 유지해야합니다. 따라서 버퍼는 이미 원하는 것보다 작습니다. 즉, 트리거 지점 주변에 아주 적은 양의 데이터가 제공됩니다. 외부 메모리를 추가하지 않으면 더 많은 작업을 수행 할 수 있습니다. 그래도 장치의 크기와 비용이 증가합니다. USB 케이블이 연결된 프로브 일뿐은 아닙니다.

• 100MHz 대역폭을 얻는 것이 운이 좋을 것입니다. 일반적으로 샘플링 속도가 10 배인 경우 대역폭의 최소 컷오프로 간주됩니다. 따라서 1GS / s 샘플링 속도가 있다면 100MHz 대역폭을 거의 얻지 못합니다. 200MHz 구형파는 200MHz 사인파처럼 보일 수 있습니다. 짜증나 그것은 바보입니다-전문적인 수준에 가까운 곳은 없습니다.

다른 포인트 세트 :

• 200 달러? 당신은 어떻게 알아? 부품 목록은 무엇입니까?
• 고속 신호를 읽을 수있는 좋은 범위는 수천 달러가 들지 않습니다. 아마 천 달러가 들었습니다. 100MHz는 스코프 부서에서 아동이 담당하는 것이며 귀하의 아이디어는 해당 벤치 마크와 $ 1000 범위를 충족시키지 못합니다.
• 그렇습니다. 당신이 묘사하는 방식에서 그것은 실제로 매우 제한적일 것입니다. 몇 가지 요구 사항의 기술적 측면은 매우 제한된 장치를 의미합니다.
• 로직 애널라이저와 60MHz 아날로그 대역폭으로 구입 한 1100 달러 스코프만큼 유용하지는 않습니다. 차라리 의도적으로 제한된 어린이 장난감으로 시험하는 장비에 대한 비용 을 지불 하고 싶습니다 .

엔지니어는 테스트 장비를 사용하여 살고 죽습니다. 확실하지 않다면 믿을 수있어 시간 낭비입니다. 고속 통신, 신호 처리 및 임베디드 처리의 힘 (FPGA 또는 마이크로 컨트롤러)에 대해 보여준 전문 지식이 부족하다는 점을 감안할 때, 직접 설계하지 않고 대답 한 사람은 없습니다. ambivalent 이외의.

서비스를 제공받지 못한 커뮤니티에서 실제 요구에 부응하는 더 나은 목표를 세운 요구 사항이 있다면 기술적으로 실현 가능하다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 모호한 요구 사항은 연구되지 않은 것 같습니다. 애호가를 위해 사용 가능한 USB 스코프와 독립형, 강점과 약점, 틈새가 채워져 있지 않은지 확인하기 위해 사용 가능한 옵션을 조사해야합니다. 그렇지 않으면 이것은 단지 환상입니다.

단일 채널 스코프는 그다지 유용하지 않으므로 핸드 헬드 프로브 형식으로 사용하고 싶지 않습니다. 2 채널의 추가 비용 (ADC를 mux로 설정하더라도)은 추가 비용이 적지 만 유용성이 크게 증가합니다.

500mA를 초과하지 않으려면 DC-DC 컨버터가 절연되어있어 배터리를 사용할 이유가 없습니다. 그러나 격리 장벽을 가로 질러 높은 대역폭을 얻는 것은 쉽지 않습니다.

여기 몇 가지 문제가 있습니다. 참조 표준으로 1GHz 아날로그 범위 (예 : 우수한 Tektronix)를 사용하면이 제안 된 범위는 다음과 같은 방식으로 문제가 발생합니다.

1) ASD5010은 8 비트 변환기입니다. 8 비트는 좋은 아날로그 범위와 경쟁하기에 충분하지 않습니다.

2) 샘플링 속도를 아날로그 대역폭과 혼동하지 마십시오. 선택한 칩의 경우 동등한 아날로그 대역폭이 1GHz보다 100MHz에 훨씬 가깝습니다.

이것은 그러한 범위를 구성하는 것이 불가능하다는 것을 말하는 것이 아니며, 이러한 사양을 충족시키는 것을 상업적으로 명확하게 구입할 수 있습니다. 1GHz 대역폭을 달성하는 것은 사소한 일이 아니며 특별한 엔지니어링과 더 나은 부품이 필요합니다.

8 비트 ADC는 오실로스코프에서 일반적이지만 ADC 사용 기술은 약간 다릅니다. 일부 스코프 내부를 보았을 때 일반적인 경우는 4 개의 ADC 칩을 사용하는 것입니다. 각 4 개의 ADC 칩은 각각 90deg 위상 증분으로 클럭되므로 클럭 사이클 당 4x 샘플을 얻으므로 clk freq는 매우 낮지 만 데이터 대역폭은 높다. 어쨌든, 그러한 프로젝트는 새로운 범위를 구입하는 것보다 더 많은 돈을 낭비하게 될 것입니다 :-) 그러나, 그것은 자율 학습을위한 좋은 연습이 될 수 있습니다. OTOH, 스코프의 아날로그 측면에 대해 생각하십시오. 그 부분은 힘들고 매우 까다 롭습니다.

다른 문제:

• 보호 : 입력에 20-30V를 잘못 넣는 주먹 시간을 멈추지 않기를 바랍니다.

• 교정 : 8 비트 정확도에서도 전체 1/256 = 0.4 % 내에서 오류를 제어해야합니다. 표준 구성 요소에는 사소하지 않습니다.

• 노이즈 필터링 : 차폐 및 필터링이 필요하며 FPGA도 노이즈를 발생시킬 수 있으므로 충분하지 않으므로 아날로그 도메인과 디지털 도메인을 분리해야합니다.

어쨌든 USB 연결에 대해서는 내부적으로 데이터를 처리하고 디스플레이에 직접 연결하는 것이 더 기능적이라고 생각합니다.