Autor Tema: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits  (Leído 3980 veces)

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Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« en: 09 de Diciembre de 2012, 23:57:01 »
Hola, en esta oportunidad vengo a mostrarles el proyecto que estoy desarrollando. Básicamente la idea es hacer un pequeño osciloscopio de mano, entiendo que no es lo aconsejable ponerse uno a armarlo, pero destaco que uno aprende armando cosas, por eso para mi, es una forma de aprender y si el mismo es realmente funcional mejor, de lo contrario sirve como una anegdota y nuevos conocimientos aprendidos.
Bueno, como les decía la idea es hacer un pequeño osciloscopio que va a contar con ciertas características como por ejemplo una pantalla touch de 7" manejada por un pic32 como cerebro de todo, una unidad de adquisidora de dato en forma analógica de 2 canales de forma que se maneje independientemente del microcontrolador y con una capacidad máxima  de conversión de 133 Millones de muestra por segundo. Ademas de esto, si logro pasar este primer paso, agregare un adquisidor de 16 canales digitales.

Actualmente estoy recién arrancando con el adquisidor. El mismo consta de un adc de 250MSs con una resolución de 13bis  y una fifo de 64k x 18bits. Es decir que el microcontrolador lo único que hace es decirle cuando arranca a guardar en la memoria y cuando termina. Entonces el circuito cuenta básicamente con una etapa para acomodar la señal para el adc, ya que la misma es una entrada diferencial, luego la parte de memoria, donde se van guardando las muestras. Para el clock utilizo un integrado que tiene multiplicadores y divisores de tal forma que con una frecuencia "patrón" se puede cambiar de forma digital el clock del adc y así la base de tiempo. Ademas, un gran tema en todo esto es el trigger, mi idea es manejarlo de dos formas, una digital y la otra analógica. Para la segunda maneja una señal que va a ir a una de las interrupciones del pic de forma que si la señal supera un nivel de tensión interrumpe. 
Ademas cuenta con potenciomentros digital para poder variar la ganancia de entrada del op.
Todo esta pensado para que el pic trabaje lo menos posible y que ademas pueda manejar todo los parámetros de forma digital.

Bueno luego de esta introducción paso a mostrarle mis avances.
Esta es la placa que arme para comprobar el clock que me va a dar la frecuencia para discretizar la señal.




Y bueno una captura del osciloscopio viendo la salida de la señal. He tenido un gran dolor de cabeza porque no entendía como la amplitud decaía con la frecuencia, ya que la misma debería ser contante a cualquier frecuencia según el datasheet. Solución: muy sencillo, como todos saben los osciloscopios digitales tienen a la entrada un filtro pasabajo para evitar el efecto de aliasing, entonces la solución que se me ocurrio fue sacar la función transferencia de mi osciloscopio según los datos del manual y graficar el modulo. De esta forma tengo una constante para multiplicar la amplitud de la señal y obtener la verdadera.

Luego algo muy importante es la parte de la fuente ya que la misma tiene que tener el menor ripple (ruido) posible. Luego de varias posibilidades opte por la mas sencilla  y es en poner a la entrada una bobina de choque. Es decir que la fuente se compone en forma sencilla por filtrado - choque - regulador - filtrado. Para esto hice unas pruebas con una carga de 1Amp a 3.3volt, las mismas la hice en las peores condiciones posibles, donde a la entrada tengo una señal de 3.3 montado con un ruido de casi 450mV.

 
Saludos Sggtav

Desconectado sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #1 en: 10 de Diciembre de 2012, 00:12:36 »
Ya con varios criterios mas claros, me largue a hacer el pcb, es un pcb de doble capa. Aclaro que esta el la primera vez que hago uno de doble capa, he tenido varia complicaciones que la voy solucionando con la marcha.




Mas adelantes ire aclarando mas cosas. Por ahora es lo que tengo, todavía no me han llegado los componentes, por lo que arranque con lo que tenia. Bueno espero que les guste y seguiré adelantando ni bien tenga novedades. Espero que realmente funcione ya que las posibilidades de que lo hagan son muy bajas jeje a pesar que la teoria diga otra cosa.


Saludos Sggtav

Desconectado Nocturno

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #2 en: 10 de Diciembre de 2012, 03:15:48 »
Hola sggtav, magnífico proyecto el tuyo. Me apunto al hilo para seguirlo
Hace años intenté construir un osciloscopio con ADC y Fifo, como estás haciendo, y lo abandoné por falta de experiencia y conocimientos, y porque se me complicó demasiado.
Espero que tú lo consigas porque estoy deseando verlo funcionando. Ánimo

Desconectado sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #3 en: 10 de Diciembre de 2012, 12:22:12 »
Sigo adelantando un par de datos mas para aquellos que no entienden como funciona.
La idea es muy sencilla. La señal entra y en primeras instancias lo que hace es pasar por un "mux", un llave, que lo que hace es seleccionar la entrada en cc, ca o gnd. En el caso de cc la señal pasa a la siguiente instancia, si es ca se pone en serie un capacitor para quitar la componente de continua y en caso de gnd forza a masa la señal dejando en alta impedancia la entrada.
De ahí se dirige a un divisor de tensión, de forma de acoplar la señal de entrada (30V Pico a pico)  a mas menos 5volt y dejando una impedancia de entrada de 1Mohm común a todo los osciloscopios, con sus respectivas protecciones de sobre tensión.
Ya en esta etapa la señal entra a el primer operacional donde se puede variar la ganancia del mismo mediante un potenciometro digital. El rango de ganancia esta muy acotado, ya que para el caso extremo "la amplificación va a ser de forma digital" pero igual aun así puedo conseguir una ganancia de 20 veces.
Posterior a este operacional entra a un segundo, que lo que hace es acomodar la señal en una señal de salida diferenciable con un punto medio de 2.4volt para ingresar al adc. Esta es una parte del circuito donde realmente no estoy 100% seguro que funcione, porque hay que hacer adaptaciones de impedancia, agradeceria si alguien maneja estos tipos de operacionales, pasaría el esquemático para ver si realmente se encuentra bien los valores sobre todo.
Y bueno ya la señal entrando al adc, la misma es sampleada a una frecuencia que la da el clock controlado digitalmente. El adc tiene una salida que se llama DTY (data ready) que indica que a la salida tiene la conversión de la señal valida. Esta señal utilizo para grabar el dato en la fifo, ya que es una memoria sincrónica, y posee dos punteros que se manejan de forma separada, uno de lectura y otro de escritura.
Aqui es donde entra en juego el pic, lo que hace es llevar el puntero de escritura a la posición inicial, y activar la escritura de la fifo, entonces por cada DTY del adc graba el dato en la fifo. Cabe destacar que tuve que hacer un pequeño retardo, una pista un poco mas larga, para asegurar que las señales lleguen del bus de 13 bits correctamente a la fifo y después la grabe, aunque no es necesario ya que realmente no es una frecuencia muy alta y segun los tiempos tengo un margen de 2nS. La maxima frecuencia de sampleo esta limitada por la velocidad de la fifo, que en mi caso es de 133MHz. 
Bueno mas adelante seguiré agregando un poco mas de info, y por ahora le paso un par de pruebas que hice con la pantalla y el manejo del touch.
Y una foto de la placa luego del insolado.

Saludos Sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #4 en: 10 de Diciembre de 2012, 21:48:00 »
Muy Bueno sggtav  :shock:


Una consulta : me podrias desir donde comprastes la TFT 7"?
No es la conciencia del hombre la que determina su ser, sino, por el contrario, es su ser social el que determina su conciencia

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #5 en: 11 de Diciembre de 2012, 08:42:43 »
Hola  si claro, la pantalla la compre por ebay, realmente esta muy buena pues ya trae incorporado el touch, el controlador del touch, el tft claro y el controlador de video ssd1963.
El link es http://www.ebay.com/itm/7-TFT-LCD-Module-Touch-Panel-Screen-SSD1963-PCB-/190565861822?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2c5e9c49be
Ademas tiene envio gratis. Eso si demora serca de 1 mes.
Saludos
Saludos Sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #6 en: 12 de Diciembre de 2012, 18:41:10 »
Hola, bueno paso un adelanto mas. Ayer me llegaron los dichosos componentes por lo que hoy pude ponerme a soldar. Quizás no sea la placa mas prolija que haya hecho, pero como es doble faz, esta pensada para que los huecos sean metalizados, por lo que en el caso de los capacitores tuve que dejarle espacio para poder soldar de ambos lados, sin decir que debajo de las fifos hay vías, esto entre otros.
Ya estoy a un paso mas cerca de concretar la placa. Me esta faltando un par de componentes mas y controlar toda la placa antes de energizarla, ya que lo ultimo que quiero es que tenga un corto y queme algo.
Este es el lado top de la placa

Y este es el lado de atras de la misma

Cuando tenga mas adelantos estaré comentando.
Saludos Sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #7 en: 13 de Diciembre de 2012, 18:24:52 »
Tiene muy buena pinta este proyecto.

Una curiosidad, que integrados usas para generar el clock del ADC?

Saludos.
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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #8 en: 13 de Diciembre de 2012, 21:13:24 »
Hola, el integrado que uso para el clock es el cdce 706, realmente en un integradito muy versatil.
Comento que hoy energise la placa y luego de solucionar un par de problemas la tengo "andando". Solo que ahora tengo un par de complicaciones, entre la mas importante es la potencia que disipan los adc 2W, por lo que para mi diceño eso fue un factor que no lo tube muy bien en cuenta. Nose si tendre alguna falla o algo, pero al cabo de 30 segundos ya no se puede tocar los adcs. Tengo un corriente de entrada de 1.2 ampere con 8volt. Ya que de ahi obtengo los 5 y 3.3, entonces haciendo un simple calculo la placa disipa 10watt, de los cuales 4 son del adc. Mm es un problema muy importante, que voy a tener que ver como o soluciono.
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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #9 en: 14 de Diciembre de 2012, 11:22:56 »
hola

muy buen trabajo ....lo sigo atentamente

saludos
El papel lo aguanta todo

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #10 en: 17 de Diciembre de 2012, 15:35:31 »
Hola, lamento informarles pero no he podido solucionar el problema de temperatura del adc, no quiero tampoco arriesgarme a hacer muchas pruebas ya que puedo quemarlos y como saben no son nada baratos. Para esto voy a tener que armar una nueva placa  :( y ver de la forma de poder disipar los 2 watt del adc. Respecto a toda la otra parte de la placa parece ser que funciona muy bien, salvo una ganancia que no era la esperada en la segunda etapa de amplificación.
Bueno... lamento informar pero voy a tener que suspender el proyecto hasta el año para así comenzar con el diseño nuevo.
Saludos
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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #11 en: 17 de Diciembre de 2012, 18:50:13 »
Hola, el integrado que uso para el clock es el cdce 706, realmente en un integradito muy versatil.

Y ese integrado dá una señal senoidal? estuve mirando hace tiempo uno similar de esa familia para generar una senoidal de 40 a 180MHz con saltos de 5KHz, pero llegué a la conclusión mirando el datasheet que era con salida CMOS digital.

Comento que hoy energise la placa y luego de solucionar un par de problemas la tengo "andando". Solo que ahora tengo un par de complicaciones, entre la mas importante es la potencia que disipan los adc 2W, por lo que para mi diceño eso fue un factor que no lo tube muy bien en cuenta. Nose si tendre alguna falla o algo, pero al cabo de 30 segundos ya no se puede tocar los adcs. Tengo un corriente de entrada de 1.2 ampere con 8volt. Ya que de ahi obtengo los 5 y 3.3, entonces haciendo un simple calculo la placa disipa 10watt, de los cuales 4 son del adc. Mm es un problema muy importante, que voy a tener que ver como o soluciono.

No sé el tamaño que tendrá el chip, pero si no es muy pequeño puedes pegarle un disipador, como el de las graficas de hace unos años, o los chipset tambien de hace unos años. En Ebay venden unos adesivos especiales para eso. Y si no un pequeño ventilador quizás lo solucione.

Saludos!
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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #12 en: 17 de Diciembre de 2012, 19:28:08 »
Si, efectivamente el integrado genera una señal senoidal pero recien a partir de los 15MHz, a frecuencias menores comienza a ser cuadrada. Pero cabe destacar que no es necesario que la señal sea senoide pura, en mi caso, solo tiene que respetar un duty cycle de 50% ya que el adc utiliza tanto los flanco de subida como de bajada.
Te comento que respecto al disipador, al adc trae un powerpad en la parte inferior, por lo que la gran mayoría del calor debería disipar por la parte inferior mediande un grillado de vías hacia el interior del pcb, estamos hablando de multi capas, y hacia el otro lado del mismo. Por lo que no puedo ponerle un disipador arriba del epoxi y asi lograr algo bueno. Desafortunadamente fue algo que no lo tuve en cuenta.
Saludos Sggtav

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #13 en: 18 de Diciembre de 2012, 02:12:27 »
Estando de acuerdo contigo que lo ideal sería disipar por abajo, no entiendo bien porqué no le puedes poner un disipador encima.
¿Has probado a poner un ventilador?

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Re: Adquisidor de dato - 133 Msamples/s 13Bits
« Respuesta #14 en: 18 de Diciembre de 2012, 18:39:28 »
He probado a poner un disipador encima de los adc, pero la temperatura que llegan los ic es muy alta para mi gusto, eso implica que el calor no logra disiparce por la capsula del mismo, si te pones a pensar, si sobre los ic tenes 80 grados, luego dentro del ic debes estar cerca de los 110.
Por algo la gente de TI se mata pensando las soluciones y disponen de una hoja de dato donde aconseja al diseño para poder disipar la potencia necesaria.
Hoja de dato que miro que existe luego de ensamblar la placa.
Afortunadamente he podido comprobar que efectivamente el adc funciona correctamente, solo me faltaría sentarme a escribir algo de código para manejar correctamente las memorias y ver que tal andan.
Si quiero tener un dispositivo adquisidor de dato confiable y 100% funcional, voy a tener que modificar el pcb, es decir un nuevo diseño- Algo que realmente a nadie le gustaría hacer, pero bueno es así nomas.
Bueno, al proyecto ahora se encuentra parado hasta nuevo aviso, ya que ahora arranco mis vacaciones y creería que no voy a estar adelantando casi nada, salvo algo de programación.
Saludos
Saludos Sggtav


 

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