Made with KiCad（106）：ScopeFun 多功能开源仪器

KiCad 2024-11-12 438

描述

“ ScopeFun 是一个开源的一体化仪器平台。它包括示波器、任意波形发生器、频谱分析仪、逻辑分析仪和数字模式发生器。”

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Made with KiCad 系列将支持新的展示方式。直接将以下链接复制到浏览器中(或点击“阅读原文”)：

https://www.eda.cn/ecadViewer/viewerPage?xmlId=132ce4fc-a409-49c2-a480-30eac0898612&fileZip=%2Fdata%2Fdesign%2Fdemo%2F132ce4fc-a409-49c2-a480-30eac0898612.zip 即可动态查看设计的原理图、PCB、3D 及 BOM，查询设计中器件、走线、焊盘的属性详情。还可以在原理图中与AI小助手互动，帮您更高效地学习设计细节：

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概览

ScopeFun 是一款经济实惠的开源一体化仪器平台，集成了以下工具：

示波器

任意波形发生器

频谱分析仪

逻辑分析仪

数字模式发生器

Xilinx Artix-7 FPGA 和 Cypress EZ-USB FX3 控制器使电路板能够与 PC 连接，同时保持较快的数据传输速率。采样使用 512 MB 的 DDR3 SDRAM 进行缓冲。主要硬件规格如下:

两个模拟示波器通道（10 位分辨率）

单通道 500 MSPS 实时采样率; 双通道为 250 MSPS

2.0 GSPS（每秒20亿样本）等效时间采样 (ETS) 速率

每个通道有128M样本的存储缓冲区。

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

配套软件可在 Windows、Linux 和 Mac 上运行。它还提供服务器模式，支持通过 IP 网络进行远程连接。这样几乎可以从任何地方传输样本。此外，还可以使用 Python API，直接通过 Python 脚本与硬件连接。

硬件特性

注：逻辑分析仪和数字模式发生器共享相同的 12 个通道。

示波器

通道：两个

模拟带宽（-3 dB）：100 MHz

实时采样率：250 MSPS 双通道/500 MSPS 单通道

等效时间采样 (ETS)：2.0 GSPS

分辨率：10 位

最小灵敏度：0.098 mV

电压范围（使用1x探头）：每格 10 mV 至 2 V

存储深度：每通道 1.28 亿个样本

任意波形发生器

通道：两个

更新速率：200 MSPS

输出放大器带宽：30 MHz

输出阻抗：50 欧姆

分辨率 12 位

最大输出电压 +/- 2 V

自定义波形长度：每个通道 32768 个采样点

频谱分析仪

通道：两个

频率范围：直流至 125 兆赫

逻辑分析仪

通道数：12

最大切换速率：125 MHz

最大采样率：250 MSPS

存储深度：每个通道 1.28 亿个样本

数字模式发生器

通道数：12

最大切换速率：125 MHz

最大更新速率：250 MSPS

自定义波形长度：每个通道 32768 个采样点

主要器件

FPGA: Xilinx Artix-7 XC7A35T

内存：512 MB DDR3 SDRAM

连接器：Cypress FX3 USB 3.0

软件

支持多平台：Windows、Linux 和 Mac

服务器模式：通过 IP 网络远程连接 ScopeFun

Python API：直接从 Python 中读取采样并控制 ScopeFun

高级信号渲染：3D 帧历史和虚拟持久性

示波器

ScopeFun提供了两个模拟通道，可以作为示波器输入使用。这两个模拟输入通道都具备过电压保护功能，能够承受±50V的电压，防止设备因过高电压而损坏。设备支持直流(DC)、交流(AC)和接地(GND)三种输入耦合方式，这些选择可以通过软件控制。输入信号可根据增益和偏移进行调整，以测量 100 mV 至 20 V（全量程）的电压，最小输入分辨率为 0.098 mV。每个模拟通道的采样率为 250 MSPS，采用 10 位模数转换器 (ADC)。两个模数转换器可配置为交错模式采样，单通道采样速度可达 500 MSPS。

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ScopeFun 还支持等效时间采样 (ETS)，可为重复信号提供 2.0 GSPS 的采样速度。

任意波形发生器

ScopeFun提供了两个模拟输出通道，可以作为任意波形发生器（AWG）使用。两个 AWG 输出都有短路和过压保护（最高 +/- 25 V）。AWG 输出阻抗为 50 欧姆，可与各种设备配合使用。可以通过软件选择波形形状、频率、电平和偏移。所选设置会立即反映在 FPGA 控制寄存器中。数字采样在 FPGA 内部生成，并以每通道 200 MSPS 的速度传输到板载双通道数模转换器 (DAC)。正弦波输出是在 CORDIC 算法的帮助下生成的，因此可以获得任意频率的输出。其他简单信号由计数器产生。用户还可以提供自定义波形样本，并将其上传到 FPGA 的内部存储器（BRAM）。模拟输出的缩放（电平和偏移）通过 FPGA DSP 模块实现。

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逻辑分析仪/数字模式发生器

ScopeFun 有一个12位的数字接口，可以处理12位宽的数据信号。数字接口的采样频率为 250 MHz，逻辑上分为两个 6 位通道组。每个通道组可独立选择作为输入（逻辑分析仪）或输出（数字模式发生器）。数字接口电压可以在 1.25 V 到 3.3 V 之间调整，但输入最高可接受 5 V 电压。所选接口电压还可通过专用输出引脚提供，并可用作低电压电源。数字模式发生器的定制数字采样可以上载到 FPGA，内部时钟分频器可用于控制输出频率。还可以随时用逻辑 “低” 或逻辑 “高 ”覆盖单个输出。

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Python API

Python API 可直接从 Python 访问 ScopeFun 功能。这提供了一种简单的方法来创建高度定制的测试场景，而无需修改软件源代码。例如，Python 脚本可用于自动测量或后处理捕获的数据。下图是一个简单的演示，用一个简短的 Python 脚本，从一个模拟输入端采集样本并绘制采集信号的直方图。

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