Дешевый осциллограф с прямоугольной волной 16 МГц

14

У меня есть дешевый осциллограф Hantek DSO4102C. Его номинальная полоса пропускания составляет 100 МГц, а частота дискретизации составляет 1 ГГц / с. Некоторая информация об инструменте может быть найдена здесь: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
Теперь у меня есть микроконтроллер Atmega328P, работающий от внешнего кварца на частоте 16 МГц, без какого-либо его кода (чип, удаленный usbasp), устанавливается только бит предохранителя CKOUT. Итак, я должен был видеть прямоугольную волну на выводе PB0, но мой прицел показывает, что она довольно искажена:
таблице данных MCU не указано время нарастания вывода, что было для меня большим сюрпризом, поэтому я не могу проверить, является ли измеренное значение 9,5 нс действительным значение. Но, судя по напряжению Pk-Pk, превышающему 6 вольт (и даже опускающемуся ниже нуля для хороших 560 мВ), я полагаю, что есть проблема с областью применения. Я прав?

ДОБАВЛЕНО ПОЗЖЕ, ПОСЛЕ ПОЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ СОВЕТОВ Я собрал все на макете, а не с помощью Arduino Uno. Я подключил зажим заземления от прицела к заземляющему контакту ATMega проводом через макет. Я измеряю прямо на выводе (см. Фото моего макета ниже). Теперь я получаю лучшие результаты, в том числе с 20 МГц осциллятором. Очевидно, что значения Pk-Pk теперь ближе к реальности, а также к форме сигнала. Так что спасибо всем за помощь!

oscilloscope

— Женек
источник

5

Правильно ли компенсированы ваши пробники? Кроме того, вы можете попробовать с другим зондом?

— Стив Г

3

Не могли бы вы добавить фотографию того, как вы исследуете сигнал? То есть как именно ваш зонд подключен к цепи.

— marcelm

6

Убедитесь, что ваш датчик находится в положении x10, коррекция выполнена, и провод заземления подключен к плоскости, очень близко к заземлению MCU. Вы также можете запустить мастер зондирования и процедуры автоматической калибровки.

— Спехро Пефхани

Вы ДОЛЖНЫ сделать то, что говорит Спехро, прежде чем задуматься о том, что «сфера» делает с сигналами. 1. Подсоедините зажимы заземления от датчика к точке заземления системы как можно ближе к точке сигнала. 2. У вас зонды есть регулировочный винт. Обычно доступ через отверстие на боковой стороне зонда. Отрегулируйте его, пока форма волны не станет «самой квадратной». Обратите внимание, что это МОЖЕТ быть неоптимальным, если форма волны не квадратная, но в этом случае это хорошее начало. || Даже принимая во внимание хорошие советы других людей, я не удивлюсь, если вы достигнете более квадратного результата, чем вы видите.

— Рассел МакМахон

1

Нельзя создать идеальную прямоугольную волну, поскольку провода и т. Д. Всегда имеют некоторый (маленький) эффект конденсатора и индуктора.

— Виллем Ван Онсем

28

Я считаю, что есть проблема с объемом. Я прав?

Не думай так. Перескок - это совершенно нормальное явление при измерении сигнала быстрого фронта с помощью высокоимпедансного зонда. (Кроме того, эти сигналы выглядят настолько резкими, насколько я ожидал.)

Существует множество учебных пособий по восприятию высокоскоростных сигналов: это идеальное время для чтения!

О, и есть феномен Гибба, который говорит о том, что любое ограниченное по полосе наблюдение теоретически совершенного (или гораздо менее ограниченного по полосе) фронта будет иметь около 9% перерегулирования; Чтобы понять это, я бы рекомендовал взглянуть на представление косинусоидальной серии прямоугольной волны и рассмотреть, что вы обрежете, когда избавитесь от чего-либо выше 5 × 16 МГц (= основной частоты вашей прямоугольной волны).

— Маркус Мюллер
источник

1

Что касается функции измерения OP : я бы поверил частоте 16,00 МГц (эти области используют кристаллическую временную базу). Но 9.500 нс времени нарастания ? Это подозрительно, особенно с разрешением 1ps? И 6.16V Pk-Pk часто проходит всю запись сэмпла, чтобы найти максимальную протяженность ... (я разобрался около 5.2V, после установления). Таким образом, вердикт Маркуса обоснован - более тщательное исследование, скорее всего, дает разные результаты - научиться доверять некоторым функциям измерения , не доверять другим.

— glen_geek

1

Утверждение о явлении Гиббса и выбросах верно только в том случае, если все, что ограничивает полосу пропускания, вводит частотно-зависимые сдвиги фаз, а также частотно-зависимое усиление. Например, можно компенсировать перерегулирование в зависимости от времени нарастания (или скорости нарастания).

— Алефзеро

1

@alephzero: Или, чтобы выразить это в более общих понятиях, форма волны с ограниченной полосой по сравнению с ее неограниченной идеальной формой зависит от того, как именно достигается ограничение полосы. «Классический» феномен Гиббса является лишь случаем метода фильтрации с идеальной отсечкой («кирпичной стены»), который обнуляет все гармоники выше пороговой частоты, в то же время идеально сохраняя их ниже. Само по себе это идеализация реальных файловых устройств, и никакой реальный фильтр не ведет себя таким образом.

— The_Sympathizer

@The_Sympathizer: Действительно, можно проектировать фильтры способами, которые гарантированно не вызывают выброса. Вероятно, самый простой пример - это параллельный фильтр серии R. Во многих случаях допуск определенного перерегулирования позволит получить форму волны, которая более точно следует за входной волной, но в некоторых случаях может быть более важно избежать перерегулирования (например, потому что интересующие сигналы намного ниже, чем частота среза, и необходимо, чтобы выход достиг полной шкалы).

— суперкат

20

Имейте в виду, что если у вас есть фильтр с кирпичной стенкой 100 МГц (идеальный случай) с идеальным прямоугольным сигналом 16 МГц, вы увидите только гармоники 1 (16 МГц), 3 (48 МГц) и 5 (80 МГц). Это идеальный случай, но если вы выполните вычисления, вы увидите, что результат не слишком далек от того, что вы видите.

В неидеальном случае, конечно, загрузка и компенсация зонда будут иметь дополнительные искажающие эффекты, и форма волны не будет идеально квадратной для начала.

— Кристобол Полихронополис
источник

8

Я смоделировал это в LTspice, с небольшой задержкой фазы и уменьшенной амплитудой на более высоких частотах, и создал форму волны, почти идентичную спрашивающему.

— Брюс Эбботт

16

Маркус Мюллер упоминает феномен Гиббса , который вызывает звонкие артефакты в сигнале с ограниченной полосой пропускания , и Кристобол Полихронополис отмечает, что ваша 100 МГц будет уменьшать амплитуду гармоник после третьей в вашем сигнале 16 МГц.

Для простоты и просто чтобы понять, что происходит с формами волны, мы можем построить идеальный случай Кристобола только для первых трех гармоник :

Обратите внимание, что это то, что идеально прицел с идеальным фильтром с кирпичной стенкой 100 МГц, если бы он был представлен прямоугольной волной. Так что нет, ваша область видимости не нарушается, когда вы видите звон в осциллограммах: он отображает то, что он видит после искажения, вносимого датчиками и аналоговым интерфейсом, и несовершенную фильтрацию перед оцифровкой.

Это то, с чем вам нужно научиться справляться: каждый раз, когда вы исследуете цепь с помощью осциллографа, она меняет (надеюсь, не слишком сильно) формы волны в этой точке цепи, а затем возникают дальнейшие искажения между кончиком зонда и осциллографом. отобразить. Поскольку вы не можете избежать этого, хорошее понимание того, какие искажения могут произойти, очень важно при использовании осциллографа, особенно в относительно высокочастотных цепях.

— Курт Дж. Сэмпсон
источник

2

В дополнение к тому, что было сказано о компенсации датчика и выборе датчика, сигнал 16 МГц от ИС, работающей на номинальной скорости, не всегда будет настолько быстрым во время нарастания, чтобы казаться идеальной прямоугольной волной. Чтобы достичь этого, вы должны использовать выходные каскады, которые будут способны обрабатывать сигналы в диапазоне 100 МГц. Проектирование микросхемы, подобной микроконтроллеру, должно быть как можно более быстрым, что приведет к бесполезному расходу энергии и создаст проблемы с ЭМС.

— rackandboneman
источник