基于FPGA做的开源示波器/逻辑分析仪/频谱仪/波形发生器设计

今天介绍另一个比之前功能更全的，基于FPGA做的开源示波器/逻辑分析仪/频谱仪/波形发生器/等等：

特征

ScopeFun是一款经济实惠、开源、一体化的仪器平台。它提供了以下工具：

示波器

频谱分析仪（FFT）

任意波形发生器

逻辑分析仪

数字模式发生器

采样速度快、内存大、噪声低

主要硬件规格为：

两个模拟示波器通道（10 位）

每秒 5 亿个样本 (MSPS) 实时采样率（单通道）/250 MSPS（双通道）

每秒 2.0 千兆样本 (GSPS) 等效时间采样 (ETS) 速率

内存缓冲区每个通道 1.28 亿个样本

两个模拟发生器（200 MSPS，12 位）

12 个数字通道（用于逻辑分析仪和数字模式发生器）

USB 3.0接口（FX3）

特点和规格

硬件围绕 Xilinx Artix-7-35 FPGA 构建，板载 RAM (512 MB DDR3 SDRAM)。所有硬件设置均通过软件 GUI 进行控制。通过 Cypress 的 FX3 USB 3.1 Gen1 芯片提供 USB 连接。硬件采用 USB 供电，无需额外电源。

示波器

两个模拟通道可用作示波器输入。两个示波器通道均受高达 +/- 50 V 的过压保护。通过 GUI 对输入耦合进行选择（DC、AC、GND）。输入信号通过模拟前端进行缓冲，进行阻抗、电平（增益）和偏移调整。每个模拟通道均通过 10 位模数转换器 (ADC) 以 250 Msps 的速率进行采样。两个 ADC 可以配置为交错模式进行采样，就可以提供 500 Msps的单通道采样速度 。

数字样本由 FPGA 处理，FPGA 还包含触发逻辑。当满足触发条件时，样本将传输到板载 DDR3 SDRAM，该内存提供每通道 128 M样本的缓冲区长度。硬件还支持等效时间采样 (ETS)。为此，在 FPGA LUT 延迟线内对模拟触发信号进行采样，以确定触发事件相对于 ADC 采样时钟的准确时间。这为重复信号提供了 2 GSps的采样速度。

任意波形发生器

有两个发生器输出，可产生高达4 Vpp的电压。两个 AWG 通道均具有短路和过压 (+/- 25 V) 保护。发生器通道具有50 欧姆输出阻抗，允许连接到各种设备。用户可以通过程序 GUI 选择波形形状、频率、电平和偏移，设置会立即反映在 FPGA 控制寄存器中。

数字样本在 FPGA 内部以每通道 200 Msps 的速度生成，并传输到数模转换器 (DAC)。简单的信号来自计数器。正弦波输出是借助 CORDIC 算法生成的，可提供任意频率输出。用户还可以提供自定义波形采样数据并将其上传到FPGA内部存储器（BRAM）。

数字 GPIO（逻辑分析仪/数字模式生成器）

12 位数字接口以250 Mhz采样，逻辑上分为两个 6 位通道组。每个通道组可以独立选择作为输入（逻辑分析仪）或输出（数字模式发生器）。数字接口电压可在 1.25 V 至 3.3 V 范围内调节，但输入也设计为接受 5 V。选定的接口电压也可在专用输出引脚上使用，并可用作电源。

总结

通过上面的介绍，可以看出ScopeFun整体比ThunderScope功能强大，除了单通道示波器采样率较低外，其他功能都是前者不能比拟的，而且ScopeFun模拟部分的电路非常值得学习。






审核编辑：刘清