Измерительный прибор OSA103 Mini

[Sergey_gh]

Представляю свою новую разработку - универсальный измерительный прибор - USB приставка к компьютеру OSA103 Mini. Прибор совмещает функции осциллографа, генератора, частотомера, анализатора спектра, векторного анализатора цепей, векторного антенного анализатора, измерителя LC, рефлектометра, SDR приёмопередатчика.

Краткое описание.

Осциллограф.
1 аналоговый + 4 цифровых канала + виртуальный аналоговый канал генератора. Входное сопротивление аналогового канала – 50 Ом, полоса пропускания - 1 Гц .. 400 МГц (только закрытый вход). Частота дискретизации аналогового канала в реальном времени - 200 МГц, в стробоскопическом режиме - 10 ГГц. Базовая входная чувствительность - 0.1 В/Дел. Цифровые каналы с настраиваемыми в широких пределах пороговыми уровнями и нетипично высокой для данного класса устройств частотой дискретизации в реальном времени - 1.6 ГГц.


Генератор.
Функциональный генератора 0.001 Гц .. 50(100) МГц (до 50 МГц – с неравномерностью АЧХ менее 0.5 дБ). Отключаемая коррекция sin(x)/x. Модуляция АМ, ЧМ, ФМ, суммирование сигналов и дополнительный встроенный генератор модулирующего сигнала 0.001 Гц .. 100 МГц, качание частоты синхронно с развёрткой осциллографа. Генератор импульсов 5 нс – 5 с, генератор шума и генератор произвольной формы со скриптовым языком описания осциллограмм.


Частотомер.
Электронно-счётный аппаратный частотомер работающий со входа любого канала, а также по условию синхронизации осциллографа. 8 разрядов в режиме измерения частоты. Постоянная относительная точность измерения частоты во всём диапазоне (reciprocal counting). Режим счёта импульсов и измерения периода. Термокомпенсированны й подстраиваемый системный тактовый генератор устройства (VCTCXO) c точностью лучше 1 PPM.


Анализатор спектра.
Принципы работы - БПФ, комбинированное многочастотное БПФ с формируемой спектрограммой до 1 ГГц. Настраиваемый размер, 9 оконных функций, усреднение и масштабирование. Выбор единиц измерения по вертикали для измерений в цепях с разным импедансом. Алгоритм точного измерения частоты и уровня максимума. Чистый собственный спектр (без паразитных внутренних спектральных составляющих). Технология Subtractive Dither.


Векторный анализатор цепей.
Принципы работы - ГКЧ и следящий синхронный цифровой квадратурный приёмник. Измерение коэффициента передачи четырёхполюсников. Амплитудная и фазовая характеристики. Линейный и логарифмический масштаб, настраиваемый диапазон. Калибровка с учётом соединительных кабелей (амплитудная и фазовая нормализация). Возможность работать в качестве анализатора спектра. Диапазон частот 100 Гц .. 100 МГц. Динамический диапазон (10 КГц .. 60 МГц) – >90 дБ.


Векторный антенный анализатор.
Принципы работы – ГКЧ и следящий синхронный цифровой квадратурный приёмник. Измерение комплексного импеданса подключенной цепи по методу shunt-thru. Диапазон частот – 10 КГц .. 100 МГц. OSL калибровка и "математическое вычитание" соединительного кабеля. Измерение (вычисление) КСВ, Return Loss для кабелей (линий) с Zo = 25, 50, 75, 100 Ом. Вычисление и построение графиков КСВ, Return Loss, Q, Rs, Xs, |Z|, Фаза Z, Rp, Xp.


Измеритель LC.
Диапазон измерения ёмкости - 0.5 пФ .. 30000 мкФ
Диапазон измерения ESR (C > 0.5 мкФ) - 50 мОм .. 1 КОм
Диапазон измерения индуктивности - 50 нГн .. 3 Гн


SDR приёмопередатчик.
Прибор может работать в качестве приёмопередатчика (DDC/DUC трансивера) совместно с программами цифрового радио поддерживающими протокол Winrad. Режим передачи реализован в самом приборе и требует подключения внешнего микрофонного усилителя. Тестировалось с HDSDR, SDRuno, SDRSharp ver 1361, Zeus Radio, SDRSharper. Режим передачи полностью поддерживается в HDSDR. Частично (нет автоматического выбора модуляции передачи) в SDRuno и SDRSharp ver 1361. Подробнее в отдельной теме "DDC/DUC трансивер на базе OSA103 Mini."

Обновления программного обеспечения.

Инструкция по установке и обновлению ПО находится на 6 странице описания.


3.08. Следящие маркеры, контекстные меню #49
3.09. Диаграмма Вольперта-Смита #736
3.10. Ввод частоты и уровня генератора цифрами #831
3.11. Уровень в dBm, CSV для АА #1030
3.12. Расширение частотного диапазона #1170
3.13. Настройка смещения частоты приёма и асинхронный Fs режим ИАЧХ #1256
3.14. Отображение мощности и внешние аттенюаторы #1308
3.15. Клавиши быстрого доступа. Внешние пробники, Zo для АА. #1503
3.16. Маркерные измерения БПФ, частотомер, шрифт, цвета. #1731
3.17. Расширение частотного диапазона, подключение ADF4351. #1909
3.18. Управление обзором ИАЧХ, АА. ВЧ частотомер, прибор без перемычек. #2061


Обновления ПО для работы с программами SDR радио (ExtIO_Osa.dll).
3.01. DDC приёмник (стартовая версия) #56


Далее в теме "DDC/DUC трансивер на базе OSA103 Mini."


3.02. Режим передачи. Исправления и улучшения в режиме приёма #57
3.03. Окно управления, компрессор речевого сигнала #86
3.04. Поддержка режима передачи для SDRSharp 1361 #102

Дополнительная информация.

1. Высокоомный пробник #20, #1378
2. Умножитель частоты (расширение частотного диапазона ИАЧХ) #1212
3. Корпус из оргстекла #51, #1367

Во вложениях: описание программы (для версии 3.07), топология печатной платы, сборочный чертёж, принципиальная схема, программа (версия 3.07), драйверы и прошивки (Windows & Linux), описание примеров применения, примеры применения. Выложенное программное обеспечение и прошивки полнофункциональные, но устройство защищено от тиражирования. Желающие самостоятельно собрать для личного использования обращайтесь в личку.

Обновление от 06.02.18
Osa103_v3_18.zip

[DL1BA]

По всем параметрам многократно лучше NWT

Сравнивать векторный и скалярный анализаторы в пронципе не корректно.

[NoName]

Сравнивать векторный и скалярный анализаторы в пронципе не корректно.

Здесь пытаются сравнивать и про ПО речь заходит, поэтому и написал. Тем более что цена почти...

[NoName]

Еще... вопрос к автору
Где можно почитать про алгоритм "Комбинированное многочастотное БПФ", примененный в приборе.

[Sergey_gh]

1. С чем связано что выведен один разъем аналогового канала осциллографа, второй ведь канал я так понял есть и он подключен к генератору? Правда разглядывая схему так и не понял как подключен генератор и что значит виртуальный аналоговый канал.

Сигнал генератора формируется внутри FPGA полностью в цифровом виде и выводится на ЦАП, а также подается на вход второго канала A2. Этот заворот на канал A2 сделан внутри FPGA полностью в цифровом виде. Т.е. у второго канала нет АЦП и вообще каких либо видимых на схеме цепей - поэтому я и назвал его виртуальным. Этот виртуальный канал практически не отличим от реального - всё выглядит так, как будто это второй канал подключенный к выходу генератора. Некоторые его ограничения описаны в инструкции. Часто такой канал оказывается полезным.

2. Почему для логического анализатора выведено только 4 бита, напрашивается ведь 8 бит?

Цифровые каналы имеют максимальную частоту дискретизации (скорость захвыта данных) 1.6 ГГц. Суммарный поток только с цифровых каналов получается 6.4 Гбит в секунду. На первый взгляд не так уж и много для современной FPGA. Но проблема в том, что для этого устройства пришлось написать достаточно сложный диспетчер накристальной памяти FPGA. Память динамически должна менять глубину и разрядность в разных режимах, перераспределяться между каналми, иметь одновременный двухпортовый доступ с синхронным обновлением в некоторых режимах и т.д. Очень не хотелось жертвовать максимальной частотой дискретизации при увеличении числа включенных каналов. В общем с 8-ю цифровыми каналами были бы некоторые проблемы. Кроме того начала бы проявляться проблема количества доступных ножек FPGA (каждый цифровой канал занимает 2 ноги). Четыре канала достаточно для большинства распространенных протоколов последовательной передачи данных, поэтому решил ограничиться этим количеством.

[Sergey_gh]

Где можно почитать про алгоритм "Комбинированное многочастотное БПФ", примененный в приборе.

Не могу на вскидку найти ничего внятного в интернете. Если кратко и немного упрощённо -- сигнал снимается 4 раза с немного отличающимися частотами дискретизации (перестраивается одна из PLL внутри FPGA, всё происходит быстро и это не заметно). Сейчас выбраны частоты 200.00 МГц, 194.(4) МГц, 187,0968 МГц, 181,25 МГц. Считаются 4 FFT, разворачиваются до 1 ГГц по зонам Найквиста и накладываются(комбин ируются) с поиском минимума. Конечно у такого способа есть некоторые ограничения (описаны в инструкции) иначе бы анализаторы спектра не стоили так дорого.

[sgk]

Не могу на вскидку найти ничего внятного в интернете.

В журнале Электроника (переводной США), в 80-х годах была статья о патенте HP. Обычно частота дискретизации АЦП постоянна. В заметке писали, что время "от выборки до выборки" менялось по какому то закону с очень большой точность. Запомнилось 10^-10. В результате в сравнении с классическим БПФ могли получить спектр вдвое шире. Если при тактовой 100 МГц спектр 50 МГц, то по "этой" методике полоса спектра почти 100 МГц. Пытался ранее найти в сети эту публикацию, не нашел.

[Sergey_gh]

Результаты тестирования в режиме антенного анализатора. Для сравнения и формы представления результатов выбрал вот этот - http://www.sark110.com/test-results Вроде по отзывам не самый плохой анализатор. Верхняя частота у OSA103 Mini меньше, поэтому в таблице 100 Мгц вместо 144.

Не стал повторять последние 2 пункта. Вместо этого во вложении графики для:
1. Последовательно включенных 50 Ом и 100 пФ через короткий кабель (pigtail) и через кабель длиной около 4 метров.
2. Последовательно включенных 50 Ом и 270 нГ через короткий кабель (pigtail) и через кабель длиной около 4 метров.

P.S. Тестировал при комнатных условиях сразу после калибровки. Возможно у SARK-110 указаны худшие значения во всём заявленном температурном диапазоне.

[UA9TL]

Сегодня получил от Сергея собранную плату OSA103 Mini(оплатил 6-го октября). Впечатления от качества платы и монтажа самые хорошие, думаю с завтрашнего дня начать работу с платой, функционал по описанию огромнейший.

[Sergey_gh]

Обновление программного обеспечения. Изменения в основном касаются удобства работы в режиме антенного анализатора.

1. Сделаны следящие маркеры в режимах анализатора цепей и антенного анализатора. Переключение типа маркеров Меню->Настройки->Дополнительные настройки->Следящие маркеры АЦ, АА. Также быстро переключить тип маркеров можно сочетанием Ctrl-L.
2. В режиме антенного анализатора добавлены контекстные меню быстрого выбора отображаемых параметров. Вызываются правой кнопкой мышки на шкалах (справа и слева от сетки).
3. Заменено сочетание Ctrl-C на Ctrl-Q для вкл. компактного вида (для совместимости с некоторыми резидентными программами работающими с буфером обмена).
4. Непринципиальные и косметические исправления.

Логично и удобно ли получилось? Чего ещё не хватает для комфортной работы?

[Espresso]

На данную плату можно установить и SMA

Вот такие подошли идеально https://www.digikey.ca/product-detai...534-ND/1465156