USB Осциллограф "ScopeFun"

[DanilinS]

Собрал, проверил, оценил. Выношу на суд общественности.
Проект не мой! Мой вклад минимален. Оригинал/разработчики - https://www.scopefun.com
Весь проект под "CERN Open Hardware Licence ( CERN OHL ) ". Все материалы лежат в откроытом доступе и доступны для модификаций.

Прекрасный проект для радиолюбителей среднего уровня. Для тех, кого китайские самоделки уже не устраивают, а на Rigol денег нет.
Обычно нужны:
1) 2-х канальный осциллограф. АЦП на 100МГц, если выше - начинает сильно расти цена и возникают технические проблеммы.
2) Логический пробник. Без него с цифрой не разобраться.
3) Генератор.

И если все объединить - будет ScopeFun ! Его можно собрать самому. Все можно спаять паяльником ( у меня самоделка на жалах Т12) и феном ( у меня 8858 ) . Никаких BGA.

Параметры:

Осцилограф

Количеество каналов: 2
Sampling rate, max.: 100 Msps Real-Time / 3.2 Gsps with Equivalent-Time Sampling ( ETS )
Sampling rate, min.: 1 sps
Разрешение: 10 бит
Размер памяти: 10.000 выбороки на канал
Диапазон напряжения: 10 mV/деление - 2 V/деление ( для 1× щупа ); 100 mV/деление - 20 V/деление ( для 10× probe )
Смещение сигнала: регулируется ( +/- 100 % )
Режим входа: DC, AC, GND
Параметры входа: 1 MΩ || 12 pF
Защита входа: +/- 50 V ( долговремено )
LED индикатор триггера

Генератор сигналов:

Количество каналов: 2
Скорость выборки: 50 Msps
Разрешение: 12 bit
Выходное сопротивление: 50 Ω
Доступные сигналы: Sin, Cos, Tреугольник, Меандр, Ramp up/down, Дельта, DC, Шум, пользовательский
Размер памяти для пользовательского сигнала: 4.096 отчетов на канал
Максимальное выходное напряжение: +/- 2,0 V
Смещение и уровень сигнала настраиваемый
Защита от перегрузки: +/- 50 V ( долговремено )
Защита от короткого замыкания

Логический анализатор / генератор логических сигналов

Количество каналов: 16 ( логический анализатор / генератор логических сигналов: 8-вход / 8-выход; 16-вход; 16-выход )
Скорость работы: max. 100 Msps
Напряжение интерфейса: настраивается в диапазоне 1,25 V - 3,3 V всего 256 шагов
Размер памяти: 10.000 отчетов на канал
Входное сопротивление ( Логический анализатор ): 200 kΩ
Выходное сопротивление ( генератор логических сигналов ): 1 kΩ
Защита от перегрузки: +/-5 V ( долговременно ); +/- 20V ( кратковременно ~ 15 s )
Размер памяти генератора логических сигналов: 4.096 отчетов на канал
Делитель частоты генератора логических сигналов: настраиваемый 32-bit ( 100 Mhz - 0,023 Hz )

Триггер:

Источник: Аналоговый канал 1, Аналоговый канал 2, цифровые каналы ( внешний запуск), Генератор канал 1, Генератор канал 2
Режим: Auto, Normal, Single ( with Re-Arm )
Pre-Trigger: настраиваемый 0 - 100 %
Уровень триггера: 0 - 100 %
Гистерезис уровня срабатывания: настраивается
Задержка срабатывания: настраиваемая 0 - 4,2 сек. ( 10 ns размер шага )
Цифровой триггер: 4 стадии ( настраиваемая задержка каждой стадии )
Цифровой триггер: маска на выбранных каналах ( логический уровень: '0', '1', 'фронт', 'спад' )


Что сам сделал:
1) Отрисовал проект на https://circuitmaker.com/Projects/Details/Danilin-Sergey/MyScopeFun
2) Изменил схему тактирования АЦП. И еще по мелочи.
3) Небольшие изменения в печатной платы для более доступных компонентов.

Заказал плату в Китае. Купил комплектующие. Собрал.

Личное мнение.
Плюсы:
1) Работает. Хорошо работает. Хорошая вещь для домашней лаборатории.
2) Очень низкий уровень шумов аналогового канала. Если конечно не лезть пальцами в входной высокоомный делитель.
3) Защита входов/выходов реально работает. Шансы случайно спалить реально будут меньше. Например сунув выход генератора "не туда".
4) Возможность выгрузить отчеты в текстовой файл для последующей обработки.
5) 16 цифровых входов на частоте 100 Msps - это очень шикарно.
6) Простая возможность локализовать софт.
Минусы:
1) Софт нуждается в "допиливании". Я уже этим занимаюсь.
2) Калибровка ... странная. Есть режим "автокалибровка". По встроенному генератору. Который по напряжению тоже подвирает. В моем "допиленном" софте это будет решено.
3) Авторы походу охладели к этому варианту. Сейчас пилят вариант с USB 3.0, 250 Msps dual ch. (500 MSps single ch.). И предполагаемой ценой 750 евро. Я пас ...

Фотки выложу чуть позже. На все вопросы готов ответить. Если нужно - помогу с советами и рекомендациями по работам и компонентам.

[Alex2]

Добрый день.
Интересный проект, но специфический. Пожалуй для радиолюбителей среднего уровня он не подходит, чуть повыше среднего. Хотелось бы задать несколько вопросов:
1 100 Msps - я так понимаю это скорость на единый канал, т.е для 2-х одновременно получается 2х50? бегло смотрел схему, на АЦП подключена только одна шина 10бит.
2 Какова полоса пропускания аналогового сигнала?
3 Вы писали " Очень низкий уровень шумов аналогового канала", очень низкий это сколько? Какая амплитуда шумов р-р мВ при подключенном щупе 1/1 и с неподключенным щупом?
4 я правильно понимаю, что вы перевели проект в альтиум дизайнер? Схема по оформлению похожа.
5 Сколько стоила 4-х слойная плата? 4 слоя дорого+ по размерам она выходит за китайский номинал 100х100мм. Во сколько обошелся весь прибор?
Схема достаточно громоздкая да и элементная база местами достаточно экзотическая, это уже не говоря о резисторах с нестандартными номиналами.

[DanilinSA]

Сорри, долго не заходил. Много дел и командировок.
Ответы:
1) 100МPS - скорость обоих каналов. Обе АЦП молотят на постоянной скорости 100МPS. Не отключаемый антиалайзинговый фильтр на 35 МГц. В этих пределах характеристика линейна.
2) 25-30 МГц берет уверенно. С учетом количества точек на один период В прочем я и на серьезных аппаратах такое видел. На экране - красивый синус. Отключаешь "x/sin x" фильтрацию -- там хорошо если 10 точек на период.
3) Суммарный шум в аналоговом канале при максимальной чувствительности (10 мV на деление) и замкнутом входе - 4 кванта. (АЦП диапазон +512 ... -511). Т.е. 0.4% от всей шкалы. Это очень шикарно для платы, где стоит импульсный стабилизатор питания и куча цифровой логики молотит на тактовой 100 МГц. Есть подозрение, что если экранировать входной высокоомный делитель то шум станет еще меньше.
4) Проект нарисован на circuitmaker. По сути - бесплатный Алтиум. Он-лайн. Если не нужны возможности "старшей" версии - для радиолюбителя самое то.
5) Плата обошлась в 10$. Со всей комплектухой выходит в район 6-8 тыс. Экзотика ... да. Присутствует.

В принципе должен занять нишу между простейшими китайскими "скопами" с экранчиками за 1-3 т.р. и покупкой нормального б/у осциллографа в районе 16-18 т.р.

Хочу следующий вариант на более доступной базе. Первый вариант делал максимально к оригиналу.

[Ivanoff-iv]

похоже там уже про другой осцилл...

[DanilinSA]

Там просто 2 версии аппарата. Я сделал первую. А вторую ... по моему мнению смысла нет браться.
Смотри: по идее аппарат должен был закрывать нишу между дешевыми китиайскими "скопами" за несколько тысяч рублей и нормальной серьезной техникой.

Сам аппарат V1 стоит примерно 6-8 т.р. А аппарат V2 улетает по цене за 20 т.р. И сильно улетает. А за цену 16-18 т.р. уже можно взять б/у Hantek с гигасемпловым зхахватом. Так что весь смысл V2 теряется.

А потому ... первой версии мне за глаза хватает. Софт - лежит в открытом виде и может быть допилен по желанию.

Мои планы:
1) Переделать софт. То что в наличии - смотрится отвратительно.
2) Попробовать сделать свой "лайт" вариант V2:

USB сделать 3.0 на дешевом чипе "F600/FT601 Series - SuperSpeed USB3.0 ICs"
Функциональный генератор - вообще выкинуть.
АЦП - дешевая AD9288 в режиме "разгона".
По возможности - максимально доступная элементарная база.

Но пока все в режиме проработки.

[Ivanoff-iv]

спасибо, нашел.

[muravei]

Со всей комплектухой выходит в район 6-8 тыс.

Что-то сомневаюсь я, ПЛИСины вообще не видать, АЦП -$30 + пересылка.
Еще , что бы посмотреть на это все, еще и не нужную программу устанавливать надо.

[DanilinSA]

Плис XC6SLX9 у китайцев в районе 250 руб за штуку. У наших (Россия) в районе 1100 за чип.
АЦП судя по ( https://www.einfo.ru/pn/MAX19516/ ) можно купить в районе 1200 руб. Но я за 800 ухватил ...