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

[RZ6MB]

Дык характер реактивности виден и на обычных графиках, точно так же, как и у Смита.
(положение точки выше, или ниже горизонтальной линии)

Я вот заметил одну принципиальную особенность у Смита.
Это не чисто полярная диаграмма, а "обратно пропорциональная" (назвал условно, на самом деле всё чуток хитрее).
У Смита я могу увидеть очень большие реактивности, даже равные бесконечности.
А в декартовых координатах все может улетать за пределы графика и бесконечности уже
не увидать, как своих ушей

Валерий вы себе здесь на все вопросы сами ответили.

[Valery12]

Валерий вы себе здесь на все вопросы сами ответили.

Неааа..., вопросов еще много.
Пока только научился получать "нормальные" диаграммы, с которыми можно разбираться.
Следующий шаг - изучить возможности трансформирования произвольного комплексного импеданса антенны в чистые 50 Ом с помощью диаграммы Смита.
Нашел статью Гончаренко с подробными объяснениями
http://dl2kq.de/ant/3-100.htm
Написано четко и понятно.

[RZ6MB]

возможности трансформирования произвольного комплексного импеданса антенны в чистые 50 Ом

А с АА330 этого не получилось?

[Valery12]

А с АА330 этого не получилось?

ОФФ

Для антенн, похожих на АНТЕННУ, все согласовывалось и с помощью АА330, и просто КСВометра.
Дело в другом. У меня есть бзик постройки сильно укороченной, но нормально работающей антенны.
(хобби такое )
Но, для того, чтобы посмотреть реальное входное сопротивление этих антенн, нужен был векторный анализатор.
Думал, что эта мечта никогда не осуществится, но тут привалило счастье - появилась "Оса".
Вот до лета и хочу разобраться с возможностями этого великолепного прибора.


P.S.
С измерениями комплексных сопротивлений анализатором АА330 подробно разбирались на QRZете в соответствующей теме.
Там выкладывал графики измеренных прибором и рассчитанных теоретически комплексных сопротивлений.
Реальный диапазон оказался очень ограниченным.
А главный недостаток измерений анализатором АА330, это невозможность измерения входного сопротивления антенны через кабель.
(ну еще и нестабильность показаний от ВЧ наводок на антенну)

[LEONID2]

Следующий шаг - изучить возможности трансформирования произвольного комплексного импеданса антенны в чистые 50 Ом с помощью диаграммы Смита.

Валера, это то, о чём я вам показывал в и рассказывал в посте #805
начните с простых шагов в программах Смитта, это поможет. а если с OSA-103, тогда воткните на вход чисто омическое сопротивление 100 или 75 Ом, будет видно куда диаграмма скачет, после постройте простую цепочку LC (2,7uHy+82pF -катушка на землю, ёмкость на выход, вход - с точки соеденения), и укажите частоту, скажем 11~12 МГц, будет тоже видно, куда диаграмма увела точку относительно 50 Ом.

это адреса ссылок на хорошие программы Смитта, простые в пользовании, и написаны радиолюбоителями.

http://ae6ty.com/Smith_Charts.html
http://iowahills.com/9SmithChartPage.html

[RU3AEP]

Итак, несколько дней назад получил от Сергея прибор и за это время основательно "погонял" его в разных режимах. Общее впечатление - это просто чудо.

Такие возможности за весьма скромную сумму - это настоящий подарок для того, кто давно перерос "отверточно-тестерные" подходы к конструированию и хочет изготавливать свою аппаратуру, полностью и напрямую контролируя то, что получается. Тем более, что некоторые функции прибора практически не имеют аналогов в устройствах аналогичного класса.

Особенно впечатлил анализатор спектра, который, несмотря на принцип БПФ, на две головы превосходит то убожество, что имеет место в большинстве относительно бюджетных цифровых осциллографов. Ибо там - как правило всего 1024 точки, что в лучшем случае позволяет оценить лишь уровень гармоник. Тут же мы имеем фактически полноценный анализатор, отображающий спектр в весьма высоком разрешении и с ДД под 60 дБ (зависит от кол-ва выборок). Конечно, он непригоден для измерения ФШ гетеродинов и прочих тонких материй, но вот посмотреть в ШИРОКОЙ (от 0 до 100 Мгц) спектр сигнала передатчика или возбудителя - более чем. Все гармоники, побочные излучения - как на ладони. В большим интересом проверил все свои самодельные аппарата и впервые увидел, что там на выходе - как ни странно, в целом все оказалось очень даже неплохо, хотя кое-где есть и неожиданные находки. А режим мультичастотного БПФ с полосой до Гига - это вообще неоценимый бонус. Ради интереса посмотрел уровень гармоник на выходе самодельного радио на двойку и с радостью убедился, что он вполне себе в норме.
Вообще, на мой взгляд, именно функция спектроанализатора делает этот прибор фактически незаменимым и позволяет увидеть и измерить то, что в любительских условиях обычно измерить нечем.

Не менее порадовал анализатор цепей, который явно превосходит популярный NWT. Больший ДД, нечувствительность к помехам и наводкам, возможность плавной настройки уровня генератора, возможность большей скорости обновления экрана - вот неполный список достоинств прибора в режиме Network analyzer. Ради интереса прогнал на нем полосовики трансивера, а попутно нашел, как убрать пролаз сигнала мимо фильтров на частотах свыше 30 Мгц. В результате АЧХ в "дальней зоне" опустилась ниже -75 дБ (!) - с NWT такое бы вряд ли удалось замерить, так как обязательно бы мешали наводки и спуры синтезатора.

Про осциллограф также хочется сказать хорошие слова - наблюдать в режиме ждущей развертки на выходе цифрового делителя сигнал с частотой 5 Кгц и длительностью импульсов в 50 наносекунд - это весьма приятно и необычно. Ибо на аналоговом приборе такое если и возможно, то не факт, что хватит яркости (скважность то бешеная!) для того, чтобы что-то разглядеть.

В общем, хочется сказать Сергею огромное спасибо за столь щедрый подарок (а за такие деньги на мой взгляд это именно подарок). Обязательно сделаю для него дополнительные входные и выходные аттенюаторы и прочие цепи, превращающие эту маленькую платку в полноценный и универсальный измерительный прибор.

В качестве пожелания хотелось бы отметить следующее:

1) В режиме спектроанализатора и анализатора цепей было бы очень неплохо снабдить горизонтальную шкалу делениями с цифрами. Конечно, курсоры, которыми можно померить частоты - это хорошо, но явно недостаточно для наглядности.
2) Не совсем понятно, зачем имеется возможность включить ждущую развертку в режиме БПФ (спектроанализатора) . В результате получается вот что - как только сигнал на входе падает ниже порога срабатывания триггера, так прибор неожиданно "виснет". И непонятно - то ли и впрямь программа зависла, то ли что еще похуже..
3) Также неплохо было бы в режиме осциллографа в случае включения ждущей развертки и НЕнаступления срабатывания триггера в течение какого-то времени очищать экран. Иначе получается нелогично - реально прибор ждет запускающего импульса и по идее ничего не должен показывать, а вместо этого на экране красуется осциллограмма, которая была актуальна очень давно..
4) В режимах анализатора цепей и антенн (который по хорошему бы надо переименовать в режим измерителя импедансов, так как область его применения - это далеко не только антенны) было бы очень хорошо иметь возможность запоминания нескольких кривых, как это сделано в программе WinNWT. Иначе регулировать те же ДПФ довольно проблематично, так как не видно разницы между тем, что было, и что стало.

[sgk]

Такие возможности за весьма скромную сумму - это настоящий подарок

Ещё один подарок, то что прибор может работать в качестве SDR радио.

[Valery12]

Ещё один подарок, то что прибор может работать в качестве SDR радио.

Довесок конечно приятный, но чувствительности по приему не хватает.
Станции слышны только на полноразмерные антенны.

[Oleg 9]

Валерий, у меня такой УВЧ решает проблему низкой чувствительности.

На записи в середине включаю УВЧ.

[Москалик]

RV3DLX,Юрий,добрый вечер!Не сочтите за труд,опубликуйте схему приставки на AD8055.Зарание благодарен,Олег.