Oscilloscopio economico con onda quadra a 16 MHz

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Possiedo un oscilloscopio economico Hantek DSO4102C. La larghezza di banda nominale è di 100 MHz e la frequenza di campionamento è di 1 GSa / s. Alcune informazioni sullo strumento sono disponibili qui: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
Ora ho una MCU Atmega328P in esecuzione da un quarzo esterno a 16 MHz, senza alcun codice (chip cancellato da usbasp), è impostato solo il bit del fusibile CKOUT. Quindi suppongo di vedere un'onda quadra sul pin PB0, ma il mio ambito mostra che è abbastanza distorto: il
foglio dati di MCU non menziona un tempo di aumento dei pin, il che è stata una grande sorpresa per me, quindi non posso verificare se la misura 9,5 ns è valida valore. Ma a giudicare dalla tensione Pk-Pk superiore a 6 volt (e persino andare sotto lo zero per un buon 560 mV), credo che ci sia un problema con l'oscilloscopio. Ho ragione?

AGGIUNTO SUCCESSIVO, DOPO OTTENERE ALCUNI CONSIGLI Ho assemblato tutto su una breadboard, invece di usare Arduino Uno. Ho collegato la clip di messa a terra dall'oscilloscopio al pin di terra di ATMega con un filo attraverso la breadboard. Sto misurando direttamente sul pin di uscita (vedi foto del mio layout di seguito). Ora sto ottenendo risultati migliori, anche con un oscillatore da 20 MHz. Ovviamente, i valori di Pk-Pk sono ora più vicini alla realtà, così come alla forma del segnale. Quindi grazie a tutti per l'aiuto!

oscilloscope

— Zhenek
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Le tue sonde sono compensate correttamente? Inoltre, puoi provare con una sonda diversa?

— Steve G,

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Potresti aggiungere una foto di come stai sondando il segnale? Cioè, come esattamente la tua sonda è collegata al circuito.

— marzo

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Accertarsi che la sonda sia in posizione x10, che la regolazione della compensazione sia stata eseguita e che il cavo di massa sia collegato a un piano molto vicino alla terra della MCU. È inoltre possibile eseguire la procedura guidata del probe e le routine di auto-calibrazione.

— Spehro Pefhany,

DEVI fare ciò che dice Spehro prima di iniziare a chiederti cosa sta facendo l'ambito dei segnali. 1. Collegare le clip di terra dalla sonda a un punto di terra del sistema il più vicino possibile al punto del segnale. 2. Le sonde dispongono di una vite di regolazione. Di solito accessibile attraverso un foro sul lato della sonda. Regola fino a quando la forma d'onda appare "quasi quadrata". Si noti che questo potrebbe non essere ottimale se la forma d'onda non è quadrata ma in questo caso è un buon inizio. || Anche date le pinte sollevate dai buoni consigli degli altri, non sarei sorpreso se potessi ottenere un risultato più squadrato di quello che vedi.

— Russell McMahon,

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Non si può mai generare un'onda quadra perfetta , poiché i fili, ecc. Hanno sempre un effetto (piccolo) condensatore ed induttore.

— Willem Van Onsem,

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Credo che ci sia un problema con l'ambito. Ho ragione?

Non la penso così. Il superamento è un fenomeno perfettamente normale durante la misurazione di un segnale di limite rapido con una sonda ad alta impedenza. (Inoltre, questi segnali sembrano più nitidi di quanto mi aspettassi.)

Esistono molti tutorial sul rilevamento di segnali ad alta velocità: questo è il momento perfetto per leggerne uno!

Oh, e c'è il fenomeno di Gibb, che dice che qualsiasi osservazione limitata dalla banda di un bordo teoricamente perfetto (o molto meno limitato dalla banda) avrà circa il 9% di superamento; per capirlo, ti consiglio di guardare la rappresentazione in serie del coseno dell'onda quadra e di considerare cosa taglierai quando ti sbarazzerai di qualcosa al di sopra di 5 × 16 MHz (= la frequenza fondamentale della tua onda quadra).

— Marcus Müller
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Sulla funzione di misura di OP : credo che la frequenza di 16,00 MHz (questi ambiti utilizzino una base temporale di cristallo). Ma 9.500 ns risetime ? È sospetto, specialmente con una risoluzione di 1ps? E 6.16 V Pk-Pk passa spesso attraverso l'intero record del campione per trovare la massima estensione ... (Dopo aver risolto il problema, ho scoperto circa 5,2 V ). Quindi il verdetto di Marcus è ragionevole - un sondaggio più attento probabilmente dà risultati diversi - imparare a fidarsi di alcune funzioni di misura , a non fidarsi di altre.

— glen_geek

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L'affermazione sul fenomeno e sui superamenti di Gibbs è vera solo se qualunque limite alla larghezza di banda introduca spostamenti di fase dipendenti dalla frequenza e guadagno dipendente dalla frequenza. Ad esempio, è possibile compensare il superamento rispetto al tempo di salita (o alla velocità di risposta).

— alephzero,

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@alephzero: O per esprimere questo in concetti più generali, la forma di un'onda a banda limitata rispetto alla sua forma ideale illimitata dipende esattamente da come viene realizzata la limitazione della banda. Il fenomeno "classico" di Gibbs è solo il caso di un metodo di filtraggio a "taglio perfetto" ("muro di mattoni") che azzera tutte le armoniche al di sopra di una frequenza di soglia pur mantenendo perfettamente quelle al di sotto. Questo, di per sé, è un'idealizzazione di veri filer e nessun filtro reale si comporta in questo modo.

— The_Sympathizer

@The_Sympathizer: Infatti, è possibile progettare filtri in modi che sono garantiti non produrre overshoot. Probabilmente l'esempio più semplice è un filtro serie C parallelo-C. In molti casi, tollerare una certa quantità di overshoot renderà possibile avere una forma d'onda che segue più da vicino l'onda di input, ma in alcune applicazioni potrebbe essere più importante evitare il superamento (ad esempio perché i segnali di interesse sono molto più bassi di la frequenza di taglio, ed è necessario per consentire all'uscita di raggiungere il fondo scala).

— supercat

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Tieni presente che se hai un filtro a muro da 100 MHz (caso ideale) con un'onda quadra perfetta da 16 MHz, le uniche armoniche che vedrai sono 1 (16 MHz), 3 (48 MHz) e 5 (80 MHz). Questo è un caso ideale, ma se esegui i calcoli, vedrai che il risultato non è troppo lontano da quello che stai vedendo.

Nel caso non ideale, ovviamente, il caricamento e la compensazione della sonda avranno ulteriori effetti distorsivi e la forma d'onda non sarà perfettamente quadrata per cominciare.

— Cristobol Polychronopolis
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L'ho simulato in LTspice, con un po 'di ritardo di fase e un'ampiezza ridotta alle frequenze più alte, e ho prodotto una forma d'onda quasi identica a quella dell'interrogatore.

— Bruce Abbott,

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Marcus Müller menziona il fenomeno Gibbs , che produce artefatti che squillano in un segnale a banda limitata, e Cristobol Polychronopolis menziona che la tua banda a 100 MHz ridurrà l'ampiezza delle armoniche oltre il terzo nel segnale a 16 MHz.

Per semplicità e solo per avere un'idea di cosa sta succedendo con le forme d'onda, possiamo rappresentare graficamente il caso ideale di Cristobol delle sole tre prime armoniche :

Si noti che questo è ciò che a che mostrerebbe ambito perfetto con un perfetto filtro da muro di mattoni a 100 MHz, se dato un'onda quadra. Quindi no, il tuo campo di applicazione non si rompe quando vedi squillare nelle forme d'onda: mostra ciò che vede dopo la distorsione introdotta dalle sonde e il front-end analogico e il filtro imperfetto prima della digitalizzazione.

Questo è qualcosa che devi imparare a gestire: ogni volta che esamini un circuito con un oscilloscopio cambia (si spera non troppo) le forme d'onda in quel punto nel circuito e quindi si verificano ulteriori distorsioni tra la punta della sonda e l'oscilloscopio Schermo. Dal momento che non puoi evitarlo, una buona comprensione di quali distorsioni è probabile che accada è essenziale quando si utilizza un 'ambito, in particolare su circuiti ad alta frequenza.

— Curt J. Sampson
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Oltre a quanto detto sulla compensazione della sonda e sulla scelta della sonda, un segnale a 16 MHz da un circuito integrato che funziona alla velocità nominale non sarà sempre così veloce in tempo di vita da apparire come un'onda quadra perfetta. Per raggiungere questo obiettivo, dovresti utilizzare stadi di uscita che sarebbero perfettamente in grado di gestire segnali nella gamma di 100 MHz. Progettare un circuito integrato come un MCU per aumentare il più rapidamente possibile non farebbe altro che sprecare energia e creare problemi di compatibilità elettromagnetica.

— rackandboneman
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