Як цифрові осцилоскопи досягають таких високих частот вибірки?

З точки зору збору даних, як це досягається? Якщо я хотів реалізувати домашній цифровий пристрій для зйомки високочастотного аналогового сигналу, які мої варіанти? Поки що я придумав лише кілька досить марних ідей для дизайну!

Використовуючи мікропроцесор PIC, частота вибірки A / D на серії 18f, я вважаю, працює в порядку 1 МГц з 10-бітовою точністю, якщо я правильно (?), І я не можу уявити, що виділені мікросхеми A / D набагато краще, як сучасні області досягають частот у ГГц?

Вхідний рівень DSO Rigol 1052E (той, у кого я є, і 100 МГц, здатний змінювати програмне забезпечення) використовує аналогові пристрої AD9288. Це двоканальний АЦП з 8-бітовими паралельними виходами та вибірками зі швидкістю 40 або 100 мільйонів зразків в секунду (залежно від ступеня швидкості чіпа). Хоча Rigol - це зразки 1 Gig в секунду, тож я не впевнений, чи вони їх мультиплексують, або що саме дає 10-кратні зразки одного чіпа.

AD9288 має перехідний конвеєр типу "біт на ступінь" для 5 біт MSB і використовує 3-бітну спалах для остаточних 3 LSB. Це має сенс, оскільки вища величина повинна бути легшою для швидкого перетворення трубопроводами. Зі збільшенням швидкості АЦП кількість бітів, відібраних за допомогою перетворення спалаху, збільшуватиметься, як сказав Стівен.

Я припускаю, що вони використовують Flash ADC . Вони мають перевагу в тому, що перетворення негайне, тоді як SA (послідовне наближення) АЦП, як це використовується в більшості мікроконтролерів, виконує алгоритм, який вимагає декількох кроків. Недоліком Flash ADC є те, що вони досить важкі для апаратного забезпечення (8-бітний АЦП має 255 компараторів), але більшість областей не мають дуже високої роздільної здатності. (Аналогові діапазони часто були 3% точними, що означає 5 біт.)

Jodes, ваш коментар говорить про те, що ви отримали свою відповідь, але рішення є набагато більше, ніж Flash ADC. Погляньте на Примітку програми Agilent: " Методи досягнення пропускної здатності осцилоскопа більше 16 ГГц ". Раніше я працював у цьому кампусі (але не вимагаю детального досвіду роботи). Agilent у Колорадо-Спрингз - це глобальний вузол знань, пов'язаний з обробкою сигналів у багато гігагерців. Вони працювали над рішенням 32 ГГц рокамиі щойно розпочав доставку минулого року. Активні зонди та мікроелектроніка, що займаються обробкою сигналу, надзвичайно складні. Перегляньте всю бібліотеку документів, пов'язаних з високоефективним осцилографом DSO та DSA Agilent's Ininius 90000 X-Series. Google це - URL некрасивий, і я не впевнений, що вони пропонують постійне посилання на сторінку бібліотеки. Ви також можете ознайомитись із пов'язаними патентами.

Осцилоскоп виробляє рекламу з "еквівалентною швидкістю вибірки". Це НЕ є частотою вибірки в реальному часі. Це частота дискретизації, здійснена шляхом використання зразків декількох періодів та взяття зразків у різний момент сигналу. Поєднавши їх, ви отримаєте більш високу "еквівалентну швидкість вибірки". Тож якщо у вас буде АЦП 100MSPS і зробити це 10 разів (дуже погано!), Ви отримаєте 1GSPS.

Це погано, тому що він передбачає, що ваш сигнал періодичний, і це не весь час.

Важливим для осцилографа є швидкість відбору проб «одного пострілу». Це також функціонал, який ви, ймовірно, використовуєте (наприклад, захопіть відповідь на крок) або уважно ознайомтеся з формою хвилі, що не танцює. Він дає вказівку на те, на що здатне обладнання, а не «відшліфовано» програмним забезпеченням. Обладнання може бути переплетено, тобто використовувати декілька швидкісних АЦП і час сигналу "почати перетворення" в потрібний час. Це також є причиною того, що у деяких областях буде більше вибіркових частот в одноканальному режимі, ніж у двоканальному. Ваша типова серія PIC18 має лише 1х перетворювач АЦП, але декілька каналів (зроблено з аналоговим MUX).

Також виділені чіпи ADC можуть бути набагато, набагато швидшими. 100MSPS не надто незручно знайти. Погляньте тут, Національна рекламує їх як надшвидкісні. Я не знаю, як вони працюють, я бачу, що 3GSPS вже використовують внутрішнє переплетення.

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

Як згадував Джо, Rigol 1052E - чудовий приклад того, як це зробити ефективно та дешево. Він використовує купу незалежних АЦП, які мають більш повільну швидкість вибірки, і виводить їх з фази один з одним. Таким чином, зразки витягуються з кожного АЦП по черзі в стилі круглолиття.

Очевидно, що ваш час повинен бути надзвичайно точним, щоб зробити це таким чином, і, здається, що 1025E використовує PLD, щоб зробити саме це - і враховуючи, що на цій самій платі також є FPGA, пов'язана з обробкою вхідного сигналу, виявляється, що PLD (що набагато менш потужне, але з більш передбачуваною внутрішньою маршрутизацією) було додано через його здатність генерувати та обробляти сигнали з дуже точним терміном.

Вони переплітають кілька приладів з годинниками, що знаходяться трохи поза фазою один з одним, отримуючи 5-кратну швидкість вибірки одного чіпа. Крім того, для періодичного сигналу є хитрість, що багато сучасних областей використовують, щоб мати тактовий дискретизатор, який знаходиться поза фазою з вимірюваним сигналом, так що на послідовних зразках відбувається інша частина форми хвилі вибірки, хоча в іншому циклі цієї форми хвилі. Потім після того, як буде взято достатньо зразків, вони можуть реконструювати сигнал, якщо зможуть визначити основну частоту вимірюваної форми хвилі (це набагато простіше зробити). Мати сенс?