Homepage von Stefan Salewski
Ein Digitales Speicher-Oszilloskop (DSO)
Eines der Projekte, mit denen ich mich zur Zeit beschäftige, ist die Entwicklung eines digitalen Speicher-Oszilloskops. Genauer gesagt einer Platine zur Aufzeichnung analoger und digitaler Signale, die die Daten per USB zur Anzeige oder Speicherung an einen PC oder an ein Notebook schickt. (Meine interne Bezeichnung ist DAD für Data Acquisition Device, da mich eher die Aufzeichnung und Verarbeitung von Messdaten interessiert, als die einfache Visualisierung elektrischer Signale. (In Prinzip ist es das gleiche, aber bei einem DSO ist man oft mit weniger Messpunkten und geringerer Genauigkeit zufrieden.) Natürlich kann man solche Geräte schon seit vielen Jahren kaufen. Allerdings gibt es so gut wie keine offenen System, bei denen Schaltpläne und der Quellcode der Software verfügbar sind. Oft ist dann auch nur "Fenster-Software" verfügbar, die man dann eben weder an seine Bedürfnisse noch an ein anderes Betriebssystem anpassen kann.
Die (geplanten) Eigenschaften des ersten Musters
- Zwei schnelle Analog nach Digital Wandler mit 12 Bit Auflösung
- Analoge obere Grenzfrequenz (-3 dB) von mehr als 100 MHz
- Abtastrate bis zu 100 Millionen Stichproben pro Sekunde (MSPS) für beide Kanäle,
- 200 MSPS für Einkanalbetrieb und
- noch höhere zeitliche Auflösung für periodische Signale durch den Einsatz von Equivalent Time Sampling (ETS), auch Random-Sampling oder Postcorrelated Undersampling genannt
- Eingangsspannungsbereich: 50 mVpp bis zu 200 Vpp Vollbereich (1MOhn/35pF)
- 4 unipolare digitale Eingänge mit BNC Stecker
- 16 Eingänge für unipolare oder differentielle digitale Signale
- Eingangsbereich für digitale Signale erstreckt sich von -4 bis +5V mit einstellbarer Schwelle
- Analoger (nur Kanal 1) und digitaler Auslöser (Trigger)
- Externer Auslöser und externe Taktung werden unterstützt
- Ein digitaler Signalausgang (BNC, 3,3V) und ein Schaltausgang (Relais)
- Ein analoger Ausgang für beliegige langsame Signale in Bereich von -5 bis +5V
- Schneller lokaler Speicher für mehr als 512k Messwerte (2 Megabyte insgesamt)
- USB (full speed) und RS-232 (in erster Linie für Fehlersuche) Verbindung zum Rechner
- Energieversorgung: Per USB mit Unterstützung durch einen Li-Ion-Akku; Steckernetzgerät (5 bis 32V) für Langzeitmessungen
Natürlich ist dies ein recht aufwendiges Projekt -- vielleicht wird es nie den Status eines fertigen Gerätes erreichen. Und eines sollte eh klar sein: Solange man nur kleine Stückzahlen herstellt ist der Stückpreis eher höher als der eines vergleichbaren kommerziellen Gerätes.
Die Schaltpläne sind jetzt im wesentlichen fertig -- hier ist die letzte Version im PDF-Format:
Und hier die einzelnen Blätter:- Overview.pdf
- InputDividerCh1.pdf
- InputDividerCh2.pdf
- AmplifierCh1.pdf
- AmplifierCh2.pdf
- AmpCommon.pdf
- TDC.pdf
- PowerManager.pdf
- DC_DC_Converter.pdf
- Digital_In_A.pdf
- Digital_In_B.pdf
- Digital_In_C.pdf
- Controller.pdf
- ADC.pdf
- FPGA_Power.pdf
- FPGA_B0B1.pdf
- FPGA_B2B3.pdf
- Misc.pdf
- Lin_Regulators.pdf
- RAM.pdf
- Grounding.pdf
Die Schaltpläne wurden mit gschem gezeichnet, dem Schaltplan-Editor des freien, quelloffenen gEDA Projekts (GPL'd suite of Electronic Design Automation tools), siehe www.gpleda.org. Die Schaltplan-Symbole können, sofern sie nicht im gEDA Paket enthalten sind, von meiner Unter-Seite bei www.gedasymbols.org heruntergeladen werden.
Meine (langfristige) Absicht ist es einige Muster aufzubauen und die Firmware und zumindest ein einfaches freies (GPL) Anwendungsprogramm zu erstellen. (Meine USB-Firmware für den AT90USB1287 ist ja bereits seit längerem verfügbar.)
Hier noch ein Bild der Platine...
Und die PCB Datei, komprimiert mit bzip2. (Sollte weitgehend fertig sein).
Und schließlich auch noch eine komplette Kopie meines Arbeitsverzeichnisses, mit Schaltplänen, der Platine, den Symbolen und Footprints und allem was dazu gehört:
Vor einigen Wochen habe ich mal angefangen, mit GTK+ eine grafische Benutzeroberfläche zusammenzustellen. Hier ist ein Bildchen...
Bitte beachten Sie: Derzeit liegen sämtliche Rechte beim Autor -- über eine geeignete freie Lizenz werde ich mir erst dann Gedanken machen, wenn ich ein halbwegs funktionierendes Muster erstellt habe, oder wenn sich jemand an dem Projekt beteiligen will. (Die GPL-Lizenz ist wohl für Hardware nicht unbedingt optimal.)
An dieser Stelle noch der Verweis auf einen alternativen Entwurf einer analoge Eingangsstufe für ein einfacheres DSO:
Und zum Schluss noch die Skizze einer Eingangsstufe mit lediglich zwei HF-Relais: