快來看看用FPGA做的開源示波器（二）

之前一片文章介紹過《ThunderScope》開源示波器（快來看看用FPGA做的開源示波器），今天介紹另一個(gè)比之前功能更全的，基于FPGA做的開源示波器/邏輯分析儀/頻譜儀/波形發(fā)生器/等等：

特征

ScopeFun是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、開源、一體化的儀器平臺(tái)。它提供了以下工具：

• 示波器
• 頻譜分析儀（FFT）
• 任意波形發(fā)生器
• 邏輯分析儀
• 數(shù)字模式發(fā)生器
• 采樣速度快、內(nèi)存大、噪聲低

主要硬件規(guī)格為：

• 兩個(gè)模擬示波器通道（10 位）
• 每秒 5 億個(gè)樣本 (MSPS) 實(shí)時(shí)采樣率（單通道）/250 MSPS（雙通道）
• 每秒 2.0 千兆樣本 (GSPS) 等效時(shí)間采樣 (ETS) 速率
• 內(nèi)存緩沖區(qū)每個(gè)通道 1.28 億個(gè)樣本
• 兩個(gè)模擬發(fā)生器（200 MSPS，12 位）
• 12 個(gè)數(shù)字通道（用于邏輯分析儀和數(shù)字模式發(fā)生器）
• USB 3.0接口（FX3）

開源鏈接

官網(wǎng)

!! https://www.scopefun.com/

software

!! https://gitlab.com/scopefun/scopefun-software

firmware

!! https://gitlab.com/scopefun/scopefun-firmware

hardware（KICAD）

!! https://gitlab.com/scopefun/scopefun-hardware

特點(diǎn)和規(guī)格

硬件圍繞 Xilinx Artix-7-35 FPGA 構(gòu)建，板載 RAM (512 MB DDR3 SDRAM)。所有硬件設(shè)置均通過軟件 GUI 進(jìn)行控制。通過 Cypress 的 FX3 USB 3.1 Gen1 芯片提供 USB 連接。硬件采用 USB 供電，無需額外電源。

示波器

兩個(gè)模擬通道可用作示波器輸入。兩個(gè)示波器通道均受高達(dá) +/- 50 V 的過壓保護(hù)。通過 GUI 對輸入耦合進(jìn)行選擇（DC、AC、GND）。輸入信號通過模擬前端進(jìn)行緩沖，進(jìn)行阻抗、電平（增益）和偏移調(diào)整。每個(gè)模擬通道均通過 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 以 250 Msps 的速率進(jìn)行采樣。兩個(gè) ADC 可以配置為交錯(cuò)模式進(jìn)行采樣，就可以提供 500 Msps的單通道采樣速度 。數(shù)字樣本由 FPGA 處理，F(xiàn)PGA 還包含觸發(fā)邏輯。當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)，樣本將傳輸?shù)桨遢d DDR3 SDRAM，該內(nèi)存提供每通道 128 M樣本的緩沖區(qū)長度。硬件還支持等效時(shí)間采樣 (ETS)。為此，在 FPGA LUT 延遲線內(nèi)對模擬觸發(fā)信號進(jìn)行采樣，以確定觸發(fā)事件相對于 ADC 采樣時(shí)鐘的準(zhǔn)確時(shí)間。這為重復(fù)信號提供了 2 GSps的采樣速度。

任意波形發(fā)生器

有兩個(gè)發(fā)生器輸出，可產(chǎn)生高達(dá)4 Vpp的電壓。兩個(gè) AWG 通道均具有短路和過壓 (+/- 25 V) 保護(hù)。發(fā)生器通道具有50 歐姆輸出阻抗，允許連接到各種設(shè)備。用戶可以通過程序 GUI 選擇波形形狀、頻率、電平和偏移，設(shè)置會(huì)立即反映在 FPGA 控制寄存器中。數(shù)字樣本在 FPGA 內(nèi)部以每通道 200 Msps 的速度生成，并傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)。簡單的信號來自計(jì)數(shù)器。正弦波輸出是借助 CORDIC 算法生成的，可提供任意頻率輸出。用戶還可以提供自定義波形采樣數(shù)據(jù)并將其上傳到FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)器（BRAM）。

數(shù)字 GPIO（邏輯分析儀/數(shù)字模式生成器）

12 位數(shù)字接口以250 Mhz采樣，邏輯上分為兩個(gè) 6 位通道組。每個(gè)通道組可以獨(dú)立選擇作為輸入（邏輯分析儀）或輸出（數(shù)字模式發(fā)生器）。數(shù)字接口電壓可在 1.25 V 至 3.3 V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但輸入也設(shè)計(jì)為接受 5 V。選定的接口電壓也可在專用輸出引腳上使用，并可用作電源。

總結(jié)

通過上面的介紹，可以看出ScopeFun整體比ThunderScope功能強(qiáng)大，除了單通道示波器采樣率較低外，其他功能都是前者不能比擬的，而且ScopeFun模擬部分的電路非常值得學(xué)習(xí)。對于想復(fù)刻的朋友來說，ScopeFun有自己的官網(wǎng)和論壇，官網(wǎng)上的導(dǎo)航標(biāo)簽非常清晰，就是按照我們需要DIY的順序排列的，有什么問題也可以去論壇進(jìn)行交流。