Как цифровые осциллографы достигают такой высокой частоты дискретизации?

Как это достигается с точки зрения сбора данных? Если бы я хотел реализовать самодельное цифровое устройство для захвата высокочастотных аналоговых сигналов, каковы мои варианты? До сих пор я только придумал несколько довольно бесполезных идей для дизайна!

Используя микропроцессор PIC, частота дискретизации A / D на серии 18f, я считаю, работает порядка 1 МГц с 10-битной точностью, если я прав (?) И я не могу представить, чтобы выделенные A / D-чипы были гораздо лучше, как современные прицелы достигают частот в ГГц?

DSO Rigol 1052E начального уровня (тот, который у меня есть и 100 МГц с возможностью смены программного обеспечения) использует Analog Devices AD9288. Это двухканальный АЦП с 8-битными параллельными выходами и частотой дискретизации 40 или 100 миллионов выборок в секунду (в зависимости от града скорости чипа). Хотя Rigol - это 1 Гбит сэмплов в секунду, поэтому я не уверен, что они мультиплексируют их или что именно дает им 10-кратные сэмплы одного чипа.

AD9288 имеет преобразователь типа конвейер по битам для каждой ступени для 5 бит MSB и использует 3-битную флэш-память для последних 3 младших битов. Это имеет смысл, поскольку более высокую величину легче конвертировать с помощью конвейеров. Как только Стивен сказал, что скорость вашего АЦП возрастает, число битов, отобранных посредством флэш-преобразования.

Я предполагаю, что они используют Flash ADC . Преимущество заключается в том, что преобразование происходит немедленно, в то время как АЦП (последовательное приближение), подобные используемым в большинстве микроконтроллеров, выполняют алгоритм, который требует нескольких шагов. Недостаток флэш-АЦП заключается в том, что они довольно тяжелы в аппаратном обеспечении (8-разрядный АЦП имеет 255 компараторов), но большинство областей не имеют очень высокого разрешения. (Аналоговые области часто были точными на 3%, что означает 5 бит).

Джодес, в твоем комментарии говорится, что ты получил ответ, но есть гораздо больше решений, чем Flash ADC. Ознакомьтесь с примечанием по применению Agilent « Методы достижения полосы пропускания осциллографа более 16 ГГц ». Раньше я работал в этом кампусе (но не претендую на то, чтобы иметь подробный опыт работы с областями) Agilent в Колорадо-Спрингс является глобальным центром знаний, связанных с обработкой сигналов в несколько гигагерц. Они работали над решением 32 ГГц в течение многих лети только начали поставки в прошлом году. Активные зонды и микроэлектроника, которые выполняют обработку сигналов, чрезвычайно сложны. Ознакомьтесь со всей библиотекой документов, связанных с высокопроизводительным DSO и осциллографом Agilent Infiniium 90000 серии X. Google это - URL уродлив, и я не уверен, что они предлагают постоянную ссылку на страницу библиотеки. Возможно, вы также захотите взглянуть на соответствующие патенты.

Производители осциллографов размещают рекламу с «эквивалентной частотой дискретизации». Это НЕ живая частота дискретизации. Это частота дискретизации, выполненная с использованием выборок из нескольких периодов и выборок в другой момент сигнала. Комбинируя их, вы получаете более высокую «эквивалентную частоту дискретизации». Так что, если у вас будет АЦП со скоростью 100 мс / с, и вы сделаете это 10 раз (очень плохо!), Вы получите 1GSPS.

Это плохо, потому что предполагает, что ваш сигнал периодический, что не всегда.

Для осциллографа важна частота дискретизации «один выстрел». Это также функциональность, которую вы, скорее всего, будете использовать (например, для получения реакции на шаг) или внимательно изучите не танцующую форму волны. Он показывает, на что способно аппаратное обеспечение, а не «отполировано» программным обеспечением. Аппаратное обеспечение может чередоваться, то есть с использованием нескольких высокоскоростных АЦП и синхронизировать сигналы «начала преобразования» в нужное время. Это также является причиной, по которой некоторые области имеют более высокую частоту дискретизации в одноканальном режиме, чем в двухканальном. Типичная серия PIC18 имеет только 1-кратный АЦП, но несколько каналов (с аналоговым MUX).

Кроме того, выделенные чипы АЦП могут быть намного быстрее. 100MSPS не слишком неловко найти. Взгляните сюда, National рекламирует их как сверхскоростные. Я не знаю, как именно они работают, я вижу, что 3GSPS уже используют внутреннее чередование.

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

Rigol 1052E, как упомянул Джо, является отличным примером того, как сделать это эффективно и дешево. Он использует кучу независимых АЦП, каждый из которых имеет более низкую частоту дискретизации, и синхронизирует их по фазе друг с другом. Таким образом, образцы извлекаются из каждого АЦП по очереди в круговом режиме.

Очевидно, что ваше время должно быть необычайно точным, чтобы сделать это таким образом, и кажется, что 1025E использует PLD для этого - и учитывая, что на той же плате также есть FPGA, связанная с обработкой входящего сигнала, кажется, что PLD (который 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 adcs с часами, которые немного смещены по фазе, получая в 5 раз частоту дискретизации одного чипа. Кроме того, для периодического сигнала есть хитрость, которую используют многие современные области применения, которая заключается в том, чтобы иметь тактовую частоту дискретизации, которая не совпадает по фазе с измеряемым сигналом, так что при последовательных выборках другая часть формы сигнала будет дискретизируется, хотя в другом цикле этой формы волны. Затем, после того как будет отобрано достаточное количество образцов, они могут восстановить сигнал, если смогут определить основную частоту измеряемой формы волны (сделать это гораздо проще). Есть смысл?