23 nov. 2017
3 minuten
Neem een FPGA, koppel daar analoge in- en uitgangen aan en je kunt, met passende laag- en hoog-niveau code, zowat elk denkbaar type elektronisch meetinstrument realiseren. De truc wordt al langer toegepast, vaak om voordelige apparatuur met redelijke specificaties te creëren. Liquid Labs doet nu hetzelfde maar dan met snelle programmeerbare bouwstenen en dito analoge circuits om op specificaties uit te komen die zich kunnen meten met het middenklassesegment. Een iPad fungeert als bedieningspaneel en beeldscherm van de inmiddels tien instrumenten, van oscilloscoop tot filterbox. Het is de bedoeling dat met extra code voor de FPGA en bijbehorende programmatuur het aantal functies geregeld zal worden uitgebreid.
Volgens fabrikant Liquid Instruments kan de Mokulab inclusief de jongste toevoegingen een tiental meetinstrumenten vervangen en dat tegen een fractie van de investering die de aanschaf van de afzonderlijke apparaten met zich mee zou brengen. Dat wil niet zeggen dat het een goedkoop ding is, er hangt een stevig prijskaartje aan, maar het ontwerp is dan ook niet bedoeld om te concurreren met apparatuur in het laagste segment maar mikt juist op middenklasseprestaties.
Afgaande op het uiterlijk zou je op zich niet zeggen dat er in de bovenmaatse tablethouder een oscilloscoop, functiegenerator, spectrumanalysator, fasemeter, datalogger, fasegevoelige versterker, golfvormgenerator, PID-regelaar, Bode-analysator en filterbox schuilgaan. Dat hij in diverse meer en minder opvallende kleuren leverbaar is, verandert dat beeld ook niet echt. Desondanks haalt de hardware bandbreedtes tot 300 MHz en die worden gehaald door een snelle FPGA te laten samenwerken met bijpassende analoge in- en uitgangen.
De extra ingangen en de netwerk- en USB-poorten bevinden zich aan de achterzijde.
Open GL
De instrumenten presenteren zich als apps op de voor de bediening en de weergave benodigde iPad. Die kan in de sleuf in de behuizing worden gezet maar dat is geen vereiste want de communicatie loopt via de vaste Ethernet-poort of draadloos via 802.11 b/g/n. Toepassing van een protocol met korte latentietijden en Open GL ES-gebaseerde versnelling van de grafische weergave moeten zorgen voor soepele overdracht en een hoge beeldfrequentie. Vooral bij de oscilloscoop weegt het verversingstempo zwaar want bij een ongunstige verhouding tussen de snelheid van bemonsteren en van weergeven neemt de kans toe dat sporadisch optredende signaalverschijnselen niet op het scherm komen.
Verder heeft de digitale oscilloscoop de gebruikelijke kenmerken en functies. Elk van de twee ingangen kan worden bemonsterd tot 500 MHz, goed voor een bandbreedte van 200 MHz, en dat gebeurt met een 12-bit resolutie op basis van interne of externe triggers. Gevoeligheid, tijdbasis, impedantie, koppeling en dergelijke zijn instelbaar via conventionele bedieningskaders maar ook met tik- en veegbewegingen in het signaalscherm. Datzelfde geldt voor de extra’s als histogramweergave, mathematische berekeningen, interpolatie en dergelijke.
Nog meer profijt van de aanraakgevoeligheid heeft de 200-MHz spectrumanalysator. Het uitdetailleren rond een specifieke frequentie gebeurt door de betreffende piek aan te klikken. Op een soortgelijke manier kan worden geselecteerd op amplitude, 3-dB band, signaal-ruisverhouding en de verschillen tussen twee markeringspunten.
De instrumenten presenteren zich als apps en dat zijn het in zekere zin ook, zij het dat ze tevens de FPGA configureren.
Generator
De datalogger verschilt in de basis niet sterk van de oscilloscoop alleen kent hij minder toegevoegde functies en ligt de bemonsteringsfrequentie op ten hoogste 100 kHz. Daar staat tegenover dat de registratie onbeperkt lang kan doorgaan, althans zolang de geheugenkaart waarop de waarden worden weggeschreven nog ruimte heeft.
De functiegenerator stuurt gelijktijdig beide uitgangen aan met een signaal van 0,001 Hz tot 200 MHz bij een sinus of 100 MHz in het geval van een driehoek, zaagtand of blokgolf dan wel met pulsen vanaf 4 ns. Daarbij is modulatie mogelijk tot enkele tientallen megahertz en vanuit drie bronnen. Een golfvormgenerator vult dit aan met zowel via mathematische expressies als vrij te definiëren monsters met een lengte tot 64K die geklokt tot ruim 1 GHz naar de uitgangen gaan.
Tot de overige instrumenten behoort een fasemeter die frequentie en hoekverschil bepaalt in een bereik van 2 tot 200 MHz. Verder is er een Bode-analysatorapp die van een overdrachtsfunctie de magnitude en fase vaststelt door deze te voeden met een lineaire of logaritmische sinuszwaai van 10 mHz naar 120 MHz. De filterbox creëert achtste-orde laag-, hoog- en bandfilters met een programmeerbare responsiekarakteristiek.
De PID-regelaar kan op een groot aantal punten worden geconfigureerd met real-time afregeling van de frequentieresponsie.
Tot de meer exotische functies behoort de fasegevoelige versterker.
Ook is de Mokulab te gebruiken als fasegevoelige versterker met IQ-demodulatie tot 200 MHz en parameteriseerbare filtering. Ten slotte is voorzien in een uitgebreid te configureren PID-regelaar die in real-time kan worden afgeregeld op de gewenste frequentieresponsie.
Anderen lazen ook
