ScopeFun 开源五合一分析仪

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。

功能说明

功能	参数
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

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。

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。

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。

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。

硬件特性

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
注：逻辑分析仪和数字模式发生器共享相同的 12 个通道。