Osciloscopios de muestreo de clase GHz a bajo precio

Recientemente estuve examinando la línea de osciloscopios de muestreo de Picoscope, ya que todos están fuera de mi rango de precios, me gustaría intentar armar uno como un proyecto de "pasatiempo". ("hobby" aquí significa no comercial, no protoboard ni cinta adhesiva)

Me gustaría saber de alguien más versado en esta área si mi idea es factible antes de gastar más de $ 500 en componentes.

El corazón del sistema gira en torno a un TI THS788 (un cronómetro de 4 canales glorificado con un LSB de 13pS y una entrada de disparo dedicada). Básicamente, el front-end consta de varios comparadores realmente rápidos (muy probablemente el HMC674LP3E). Establece su nivel de activación en un comparador, que cuando se activa, inicia el conteo THS788 (o realmente establece 'tiempo cero' ya que es un temporizador de ejecución libre).

Cada uno de los otros 4 canales tiene sus propios comparadores y DAC de referencia asociados, configura cada comparador para que se dispare con un voltaje ligeramente diferente y el THS788 registra el tiempo de retardo desde el disparador. (con todas las líneas de señal diferencial de la misma longitud, por supuesto, estamos tratando con retrasos de picosegundos después de todo)

Al repetir este proceso una y otra vez con voltajes de punto de ajuste ligeramente diferentes en los comparadores de entrada, puede crear una imagen de la forma de onda (o al menos su flanco ascendente). Como el THS788 tiene una granularidad de tiempo de 13 pS, esto en teoría le daría una tasa de muestreo de tiempo equivalente del orden de 75 Gsps (y el ancho de banda de entrada de ~ 10 GHz en los comparadores también ayuda). Eso permitiría algunas mediciones de TDR bastante decentes y/o diagramas de ojo, siempre que se dispusiera de un generador de pulsos lo suficientemente rápido.

Entonces, ¿debería desempolvar mi caja de conectores K y semirrígidos de 40Gig o me estoy adelantando?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Mire el diseño de muchos, muchos de estos dispositivos antes de intentar hacer el suyo propio.
¿ Está tratando de hacer algo como un analizador Wavecrest ?
@IgnacioVazquez-Abrams Eso es un poco lo que ya he estado haciendo, si tuviera una forma decente de generar pulsos de tiempo de subida realmente rápidos, usaría un muestreador de puente de diodos con algunos de los diodos SMS7621-060 de MACOM, ya que cuestan $ 1.60 y son "Adecuados para usar por encima de 26 GHz"
@ThePhoton Eché un vistazo a algunos de esos analizadores Wavecrest, pero no estoy 100% seguro de lo que hacen... ¿es algún tipo de analizador de fluctuaciones? Estoy apuntando a una tasa de bits más alta en un orden de magnitud (pero para una señal muestreada y no en tiempo real)

Respuestas (2)

Los muestreadores de formas de onda repetitivas funcionan bien (¡para formas de onda repetitivas!)

Los comparadores especifican una variación de retardo de aproximadamente 10 pS con un voltaje de sobremarcha de entrada que varía entre 50 mV y 1 v, por lo que si puede tolerar esa dispersión en sus tiempos (y es comparable con la resolución de TMU), entonces tiene una oportunidad.

Estoy construyendo un DAC de 32 bits en este momento. No porque necesite un DAC de 32 bits, sino porque quiero averiguar cuáles son las limitaciones reales del hardware que me impedirán alcanzar el rendimiento numérico teórico. ¡Le sugiero que construya su digitalizador con el mismo estado de ánimo!

Solo por curiosidad, ¿cómo vas a analizar tus errores DAC? En particular, ¿cómo propone verificar la linealidad en todo el rango?
También me interesaría saber cómo funciona su DAC de 32 bits, es un buen compañero para el ADC de 32 bits de TI (obtienen ~ 27 bits ENOB)
@WhatRoughBeast Obviamente tiene que estar basado en sigma delta. Códigos faltantes, construya varios con diferentes módulos y compárelos, y compárelos con un RC grande. Linealidad de rango completo, use un anillo de resistencias de autocalibración que se puede controlar y detectar en todos los nodos, como un DAC de alta linealidad y muy baja precisión, e integrando los resultados de un conjunto de referencia flotante a varios voltajes de compensación. Por el momento, la autoconsistencia entre varios métodos diferentes es todo lo que busco. El trabajo principal ha sido una secuencia numérica que mitiga el sesgo de tpHL y tpLH y las contribuciones de inyección de carga.

Reconozco que no funcionará porque no podrá obtener la repetibilidad requerida. El principal problema es el retraso de los comparadores. Dependen del voltaje de entrada y también variarán después de cada ciclo. También tendrán variaciones de proceso.

Además, está asumiendo que la señal es la misma en cada ciclo. La señal probablemente varíe un poco. Si ejecuta un borde ascendente 1000000 veces, obtendrá una distribución de probabilidad.

Esto es incluso antes de que comience a encontrarse con todos los problemas de no linealidad de los comparadores, calibración, etc.

Si por "repetibilidad" (o falta de ella) te refieres a los 10ps de dispersión en los comparadores... bueno, eso solo establece un límite superior en la precisión del dispositivo. Tampoco necesitaría 1 000 000 de muestras en un flanco ascendente, tratar de mejorar que 6 o 7 bits probablemente no tenga sentido, por lo que son 128 muestras por flanco como máximo, y como tengo 4 canales para jugar, realmente solo necesita muestrear 32 bordes para construir una imagen completa. Esto es para observar la forma general de las formas de onda, no para tomar medidas de precisión (estoy tratando de replicar un instrumento de más de $ 13,000, habrá compromisos )
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