提升 H7-TOOL示波器硬件指标, 设计250M采样率转接板

armfly

目前TOOL的示波器是用CPU内部ADC实现的，双通道2Msps采样率，16bit。应对串口波形，I2C波形，音频信号场合是没问题的。
对于频率较高的波形，则无能为力。

我们正在设计一款外置示波器模块，可以直接插到TOOL上使用。这样早期的用户也可以方便的升级硬件。

【结构】
1、大小和BNC头转接板差不多大，分2个板子，上下安装亚克力保护板
2、上面的板子是引脚排针和BNC插座
3、下面的板子是示波器核心部分


【主要指标】
1、单通道250Msps，双通道125Msps
2、模拟带宽 > 50M
3、电压量程: ±40V ±10V ±2.5V ±1V ±250mV ±65mV ±16mV
4、硬件触发 CH1或CH2触发源

【硬件方案】
1、树莓派单片机 RP2040
2、ADC选AD9288或MXT2088
3、和TOOL通信方式串口或SPI待定

电路原理图:
D391-1_250M示波器模块_原理图.pdf (157.91 KB, 下载次数: 491)

2022-3-2 23:12 上传

点击文件名下载附件

armfly

占位2楼

2022-02-26  晚些时候发布第1版原理图（还未投板）。开始踩坑树莓派单片机。
2022-03-02  第1版电路设计已经完成，已投板。
2022-03-09  第1版电路板样板已到（BNC板是双层板，ADC板是四层板）

2022-03-10  样板焊接完成。
2022-03-23  底层pio程序调通。125M双通道不间断采集到内存。
2022-04-15  SPI双向通信完成，25M.  I2C接口驱动OK. 已实现读写校准参数和扩展IO控制。
2022-04-18 测试PWM控制输出正负0.625V触发电压，程序和电路验证OK， 1.9K频率，16位分辨率调节.
2022-04-26 已在PC端显示波形，不过前端模拟电路的运放自激，待解决。

leng_qian

非常赞。越来越强大了。

byccc

这可以有。

xiaonihao444

这个软硬件开源吗

Biby

转接板前端CH1 和 CH2 附近可以放两个铜柱，正好做支撑用

armfly

Biby 发表于 2022-2-27 19:38
转接板前端CH1 和 CH2 附近可以放两个铜柱，正好做支撑用

有4个M2铜柱，底面的铜柱选择合适高度就可以正好平放到桌面。

eric2013

lovelessing...

示波器前端电路吗？可以用到示波器3代吧

caicaptain2

开始踩新坑啊~~~赞一个，永远探索的心。

liyuyao001

非常期待！希望大佬早日做出来买一个加上

eric2013

lovelessing... 发表于 2022-2-28 09:45
示波器前端电路吗？可以用到示波器3代吧

可以飞线使用。

hkchenhao

树莓派单片机支持这个ADC速度吗

eric2013

hkchenhao 发表于 2022-3-1 17:31
树莓派单片机支持这个ADC速度吗

是的。

树莓派单片机PIO+DMA高达250MHz的GPIO读写速度
https://www.armbbs.cn/forum.php? ... 4163&fromuid=58
(出处: 硬汉嵌入式论坛)

armfly

已上传原理图

eric2013

armfly 发表于 2022-3-2 23:13
已上传原理图

missfox

坐等上架

落叶凋零

感谢分享，参考一下。

Hp_2018

牛，牛，牛!

bigbigcong

会出树莓派的教程吗？

eric2013

bigbigcong 发表于 2022-3-7 10:44
会出树莓派的教程吗？

暂时还没有出树莓派教程的打算。

armfly

2022-03-09 样板已做回来了.

ifree

为啥正点原子用gd32f4就可以做到250M采样？h750应该也可以吧？或者超频后做到更高？

eric2013

ifree 发表于 2022-3-9 19:48
为啥正点原子用gd32f4就可以做到250M采样？h750应该也可以吧？或者超频后做到更高？

h750不行，通用DMA的速度跟不上FMC总线速度。

后来出的h730可以，带了PSSI专用16bit接口，接AD9288这种双8bit的ADC，做个快速交替采样即可实现，但是价格比不上树莓派。

现在有了树莓派的可编程IO后，性价比更强，几块钱一片，可以当FPGA的IO控制一样使用，非常方便。而且这个模块还可以独立使用，大家用在其它地方也很方便。通过这个模板就把百兆采集玩法给大家普及起来了。

大家都可以自己玩了。

树莓派单片机PIO+DMA高达250MHz的GPIO读写速度
https://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=104163

armfly

2022-03-10 焊接完成

jowo_pBuGF

这个模块是不是可以单独使用？用预留的 TYPE-C加上位机软件。

armfly

jowo_pBuGF 发表于 2022-3-10 18:47
这个模块是不是可以单独使用？用预留的 TYPE-C加上位机软件。

可以单独使用。USB可以供电。

eric2013

armfly 发表于 2022-3-10 18:25
2022-03-10 焊接完成

missfox

armfly 发表于 2022-3-10 18:25
2022-03-10 焊接完成

坐等上架

ifree

RP2040不在这个模块上吗？我还专门买了10片RP2040，准备开玩。

eric2013

ifree 发表于 2022-3-11 12:20
RP2040不在这个模块上吗？我还专门买了10片RP2040，准备开玩。

在转接板的另一面呢

armfly

补一张CPU正面图

c6c6c6

您好请问一下这个采样数据这么大是通过什么方式与单片机通讯呢？SIP或者串口通讯速率足够么？还是要先处理在rp2040上处理数据只是一个电子爱好者，对各种协议的最大通讯速率不是很确定，萌新，所以想请教您一下。之前在硬禾的群里看他们的工程师做过同方案的，应该已经实现了，只做了100M做测试好像。

eric2013

c6c6c6 发表于 2022-3-12 01:06
您好请问一下这个采样数据这么大是通过什么方式与单片机通讯呢？SIP或者串口通讯速率足够么？还是要先处理 ...

使用可编程PIO，类似FPGA的玩法，驱动AD9288不需要通信协议，AD9288的通信超级简单，直接给时钟就出数据。

ifree

我想楼上问的不是RP2040度去MX2088数据的问题，而是，RP2040从ADC中将数据采样回来后，通过什么方式将数据再传递给刷屏的单片机。

eric2013

ifree 发表于 2022-3-12 21:46
我想楼上问的不是RP2040度去MX2088数据的问题，而是，RP2040从ADC中将数据采样回来后，通过什么方式将数据 ...

这个本身带了264 KB的存储。直接将触发好的数据记录下来，如果需要高刷新率直接用树莓派的另一个核做波形混合实现荧光/余晖，比如做个100帧的混合渲染计算作为一帧。然后直接通过串口/SPI口发送给TOOL使用即可，即使是低速的串口也能处理的过来。这样就不需要采集一帧就发送一帧了，大大降低带宽。

wei886

现在进度怎样，希望能够在开发过程中能够分享下测试情况。比如电路的输出底噪，带宽，硬件触发的等等的一些测试。

armfly

wei886 发表于 2022-4-7 10:58
现在进度怎样，希望能够在开发过程中能够分享下测试情况。比如电路的输出底噪，带宽，硬件触发的等等的一些 ...

还在开发固件。目前完成PIO的小程序，SPI从机通信和125M采集。
尽在树莓派开发板测试，还没上板调试。

cools1860

请教下，8位adc 通过过采样能提高采样精度到12bit吗？可以的话，有没有换算关系呢，比如250M采样率累加多少次可以近似12位精度？

eric2013

cools1860 发表于 2022-4-9 09:30
请教下，8位adc 通过过采样能提高采样精度到12bit吗？可以的话，有没有换算关系呢，比如250M采样率累加多少 ...

过采样的本质实现就是求平均。意义不是很大。