W jaki sposób oscyloskopy cyfrowe osiągają tak wysokie częstotliwości próbkowania?

Z punktu widzenia przechwytywania danych, jak to osiągnąć? Jeśli chciałbym wdrożyć domowe urządzenie cyfrowe do przechwytywania sygnałów analogowych o wysokiej częstotliwości, jakie mam opcje? Do tej pory wymyśliłem tylko dość bezużyteczne pomysły na projekty!

Używając mikroprocesora PIC, częstotliwość próbkowania A / D w serii 18f wydaje mi się być rzędu 1 MHz z 10-bitową dokładnością, jeśli mam rację (?) I nie wyobrażam sobie, aby dedykowane układy A / D były znacznie lepiej, w jaki sposób nowoczesne zakresy osiągają częstotliwości w paśmie GHz?

Podstawowy DSO Rigol 1052E (ten, którego jestem właścicielem i 100 MHz z możliwością zmiany oprogramowania) korzysta z urządzeń analogowych AD9288. Jest to dwukanałowy ADC z 8-bitowymi równoległymi wyjściami i próbkami z prędkością 40 lub 100 milionów próbek na sekundę (w zależności od stopnia prędkości chipa). Chociaż Rigol jest próbką 1 Gig na sekundę, nie jestem pewien, czy multipleksują je, czy co dokładnie daje im 10-krotność próbek pojedynczego układu.

AD9288 ma konwerter typu potok bit na etap dla 5 bitów MSB i używa 3-bitowej pamięci flash dla ostatnich 3 LSB. Ma to sens, ponieważ większa wielkość powinna być łatwiejsza do szybkiej konwersji za pomocą rurociągów. Wraz ze wzrostem prędkości ADC, liczba bitów próbkowanych przez konwersję flash wzrośnie, jak powiedział Steven.

Przypuszczam, że używają ADC Flash . Zaletą tego jest to, że konwersja jest natychmiastowa, podczas gdy ADC (sukcesywne przybliżanie) stosowane jak w większości mikrokontrolerów wykonują algorytm, który wymaga szeregu kroków. Wadą Flash ADC jest to, że są one dość ciężkie sprzętowo (8-bitowy ADC ma 255 komparatorów), ale większość zakresów nie ma bardzo wysokiej rozdzielczości. (Zakresy analogowe często były 3% dokładne, co przekłada się na 5 bitów).

Jodes, twój komentarz mówi, że masz odpowiedź, ale rozwiązanie to znacznie więcej niż Flash ADC. Spójrz na notę ​​aplikacyjną Agilent „ Techniki uzyskiwania pasm oscyloskopowych większych niż 16 GHz ”. Pracowałem w tym kampusie (ale nie twierdzę, że mam szczegółowe doświadczenie w zakresie). Agilent w Colorado Springs jest globalnym centrum wiedzy związanej z przetwarzaniem sygnału w trybie wielu gigaherców. Pracowali się na rozwiązanie 32GHz na latai właśnie zaczął wysyłkę w zeszłym roku. Aktywne sondy i mikroelektronika przetwarzające sygnały są niezwykle wyrafinowane. Sprawdź całą bibliotekę dokumentów związanych z wysokowydajnym oscyloskopem DSO i DSA Agilent Infiniium 90000 X-Series. Google it - adres URL jest brzydki i nie jestem pewien, czy oferują stały link do strony biblioteki. Możesz także zajrzeć do powiązanych patentów.

Producenci oscyloskopów reklamują z „równoważną częstotliwością próbkowania”. To NIE jest częstotliwość próbkowania na żywo. Jest to częstotliwość próbkowania wykonywana przy użyciu próbek z wielu okresów i pobierania próbek w różnych momentach sygnału. Łącząc je, otrzymujesz wyższą „równoważną częstotliwość próbkowania”. Więc jeśli miałbyś 100 MSPS ADC i zrobiłbyś to 10 razy (naprawdę źle!), Dostaniesz 1GSPS.

Jest to złe, ponieważ zakłada, że ​​twój sygnał jest okresowy, co nie zawsze.

W oscyloskopie ważna jest częstotliwość próbkowania „pojedynczego strzału”. Jest to również funkcja, której prawdopodobnie będziesz używać (na przykład przechwytuj reakcję krokową) lub przyjrzyj się bliżej fali nie tańczącej. Daje wskazanie, do czego zdolny jest sprzęt, a nie „dopracowywany” przez oprogramowanie. Sprzęt może być przeplatany, tj. Przy użyciu wielu szybkich przetworników ADC i we właściwym czasie przesyła sygnały „rozpoczęcia konwersji”. Jest to również powód, dla którego niektóre zakresy będą miały wyższe częstotliwości próbkowania w trybie jednokanałowym niż w dwukanałowym. Typowa seria PIC18 ma tylko 1x konwerter ADC, ale wiele kanałów (wykonane za pomocą analogowego MUX).

Ponadto dedykowane układy ADC mogą być znacznie, znacznie szybsze. 100MSPS nie jest zbyt niewygodne do znalezienia. Spójrz tutaj, National reklamuje je jako ultraszybkie. Nie wiem, jak dokładnie działają, widzę, że te 3GSPS już używają wewnętrznego przeplatania.

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

Wspomniany przez Joe Rigol 1052E jest doskonałym przykładem tego, jak zrobić to wydajnie i tanio. Korzysta ze stosu niezależnych przetworników ADC, z których wszystkie mają wolniejszą częstotliwość próbkowania, i wzajemnie taktuje ich fazę. W ten sposób próbki są pobierane z każdego ADC z kolei w stylu round-robin.

Oczywiście Twój rozrządu musi być niezwykle precyzyjne, aby zrobić to w ten sposób, i wydaje się, że 1025E używa PLD właśnie do tego - i biorąc pod uwagę, że ta sama płyta też ma FPGA powiązanych z przetwarzaniem sygnału przychodzącego, wydaje się, że PLD (który jest znacznie mniej wydajny, ale z bardziej przewidywalnym routingiem wewnętrznym) dodano ze względu na jego zdolność do generowania i przetwarzania sygnałów z bardzo precyzyjnym taktowaniem.

Przeplatają wiele adcs z zegarami, które są nieco niefazowe względem siebie, uzyskując 5-krotną częstotliwość próbkowania pojedynczego układu. Ponadto w przypadku sygnału okresowego istnieje pewna sztuczka, której używa wiele współczesnych zakresów, polegająca na tym, że zegar próbkujący jest niefazowy z mierzonym sygnałem, tak że przy kolejnych próbkach inna część kształtu fali próbkowany, choć w innym cyklu tego przebiegu. Następnie, po pobraniu wystarczającej liczby próbek, mogą następnie zrekonstruować sygnał, jeśli potrafią określić częstotliwość podstawową mierzonego kształtu fali (znacznie łatwiej to zrobić). Ma sens?