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

[LEONID2]

По поводу 'кривой' картинки полосы выхода синтезатора или источника. Довелось мне на этой неделе взглянуть на нулевый Родэ до 22ГГц. Если не калибровать и без математической коррекциии, первое впечатление, что импровизионист кистью малювал эту линию. Родэ стОит десятки тысяч, поэтому для наших домашних целей ОСА-103 мини ооооочень даже престижная конструкция. Автор конечно же извлек для себя пользу, но и мы, публика пользователей тоже не проиграли ничего, даже выиграли. В частности осциллограф, с такими возможностями уже можно подумать про варианты подключения оптоволокна. Кто знаком с темой, знает о чем идёт речь. По большому счёту уже есть всё то, о чём мог мечтать радиолюбитель в общем.

[Александр М]

Автор конечно же извлек для себя пользу, но и мы, публика пользователей тоже не проиграли ничего, даже выиграли.

Я бы Вам посоветовал отредактировать это предложение . Оно как то не коррелирует с многочисленными выражениями благодарности Сергею . (( пробовал написать Вам в личку - у меня что то из за какой то ошибки не прошло )) .

[Абрамович]

Автор конечно же извлек для себя пользу, но и мы, публика пользователей тоже не проиграли ничего, даже выиграли. В частности осциллограф, с такими возможностями

это подколка автору? До осциллографа ОСА-103 может и не дотягивает, частота дискретизации слишком низкая.
Но смысл ОСА-103 не в осциллографе, а в спектроанализаторе и АЧХ-метре + векторный анализатор + возможность использовать как SDR.
Именно в этом смысле ОСА-103 и нужна радиолюбителям. А осциллограф у многих и так имеется.

[LEONID2]

это подколка автору? До осциллографа ОСА-103 может и не дотягивает, частота дискретизации слишком низкая.
Но смысл ОСА-103 не в осциллографе, а в спектроанализаторе и АЧХ-метре + векторный анализатор + возможность использовать как SDR.
Именно в этом смысле ОСА-103 и нужна радиолюбителям. А осциллограф у многих и так имеется.

причём здесь подколка? когда создавался прототип 103, про все расщирения никто не знал, сам автор тоже. если бы публика не указывала, Сергей оставил бы всё так, как было. наобарот, благодаря совместным усилиям появился шедевр. естественно, что автор заслуживает всех похвал, даже речи об этом нет.
любой разработчик получив фидбэки от пользователей продвинет свою модель.

думаю это не верно, просто вы не поняли моей прежней реплики. есть осциллографы, возле которых спектрумы рядом не стоЯт,не могу приводить модель, подписан, но если кто имеет дело с оптикой и ВЧ, понимает о чём я говорю. там функции анализаторов мелочи жизни. говорится о работе до 65 ГГц,

Я бы Вам посоветовал отредактировать это предложение . Оно как то не коррелирует с многочисленными выражениями благодарности Сергею . (( пробовал написать Вам в личку - у меня что то из за какой то ошибки не прошло )) .

уже поздно, можно попросить модератора, конечно же укоров нет, автору только благодарности.

[AMBER]

До осциллографа ОСА-103 может и не дотягивает, частота дискретизации слишком низкая.
Но смысл ОСА-103 не в осциллографе, а в спектроанализаторе и АЧХ-метре + векторный анализатор + возможность использовать как SDR.
Именно в этом смысле ОСА-103 и нужна радиолюбителям. А осциллограф у многих и так имеется.

А это у кого как. Далеко не у всех есть осциллограф,способны й рисовать картинку сигнала, частотой до 400 МГц и даже
до 1 ГГц, хоть и с завалом. У многих есть только что-то,типа С1-94, или подобное.Ну,в крайнем случае С1-65.
Конечно, владельцам 2-х гигасэмловых осциллографов, имеющийся в "Осе" не всегда актуален, хотя гигагерц
и 2-хгигасемпловый не покажет. И многим не по карману такие приборы. Другой вопрос, многим ли надо смотреть тот гигагерц.
Как по мне, осциллограф в "Осе" очень даже к месту,наряду со всеми остальными замечательными плюшками.

[Абрамович]

говорится о работе до 65 ГГц

Какие 65 ГГц? Вы о чём? Давайте будем серьёзными.

Осциллограф работает во временном, а не частотном домене. Поэтому ключевая характеристика осциллографа - это время переходной характеристики (ПХ) или rise/fall time. Время ПХ связано с полосой пропускания зависимостью Fbw = 0.35 / t.



Время ПХ - это минимально возможное время фронта сигнала, которое способен отобразить осциллограф на экране. Время считается между уровнями амплитуды от 10% до 90%. Для полосы 65 ГГц время ПХ составляет 0.35 / 65 = 0.0053 нс.

Используемый в OSA103 АЦП просто физически не позволит вам восстановить сигнал с таким временем ПХ.
Вы требуете от автора невозможного.

[AMBER]

Поэтому ключевая характеристика осциллографа - это время переходной характеристики (ПХ) или rise/fall time. Время ПХ связано с полосой пропускания зависимостью Fbw = 0.35 / t.

Где-то в теме,ближе к началу (щас искать лениво), Сергей приводил пример измерения ПХ осциллографа "Осы".
Помнится,там приводилась длительность ПХ - менее 0,9 наносекунды.

[Абрамович]

AMBER, было бы неплохо, если кто-то выложит pvd c записью одиночного импульса с фронтом менее 0.9 наносекунды, чтобы оценить полосу.
Честно говоря, не представляю как на двух точках с периодом между ними 10 нс (100 МГц) можно различить фронт 0.9 нс.

Исходя из теоремы Котельникова-Найквиста-Шеннона теоретический предел (на практике врядли достижимый) для 100 МГц АЦП - это 5.9 нс.

[Kia2700d]

для 100 МГц АЦП - это 5.9 нс.

там два канала по 100. получается частота дискретизации 200 МГц в реальном времени если объединить оба канала со сдвигом фазы.
кроме этого есть режим ETS, когда измеряется множество периодов сигнала в разных точках. получается что можно зафиксировать фронты с гораздо большей точностью чем 200 мгц. но этот метод работает только для периодичных сигналов. (погуглите equivalent time sampling)

[Абрамович]

5.9 нс - это для 100 МГц и критерия 20%/80%. Для 200 МГц теоретический предел 2.95 нс.

С критерием 10%/90% на 100 МГц теоретический предел 7.12 нс, а для 200 МГц 3.56 нс.
Но это в теории. На практике физические ограничения не дадут достичь таких результатов.

На эквивалентную выборку не стоит ориентироваться, она полосу и время ПХ не отражает.
Время ПХ следует измерять на одиночной выборке. В идеале на одиночном импульсе.
Только в этом случае можно увидеть реальные характеристики всего тракта.