Селективный милливольтметр на микроконтроллере

Уважаемые коллеги,

идея построить селективный милливольтметр на микроконтроллере появилась как побочный результат разработки одного радиотехнического устройства, но в дальнейшем обросла подробностями и, казалось бы, получила право на жизнь

Потенциальные параметры, которые можно достичь на атмеловском МК с частотой клока 20 МГц, следующие

1) Частота семплирования - 20 МГц, т.е. можно измерять входные частоты от 0 до 10 МГц
2) Разрешение по частоте - 1 кГц
3) Избирательность при отстройке на 1 кГц - не менее 60 дБ
4) Диапазон входных сигналов от 10 мкВ до 1В, т.е. 100 дБ
5) Состав прибора - входные цепи, АЦП 10 бит, МК, кнопки, валкодер и индикатор

Как бонус, используя те же компоненты, можно легко добавить функции частотомера до 10 МГц (7 значащих цифр) и DDS-генератора до 1 МГц с разрешением не хуже 0.1 Гц (здесь придётся добавить ЦАП)

Хотелось бы обсудить принципы построения, ну и возможно объединить усилия. Что скажете?

GM: 3) Избирательность при отстройке на 1 кГц - не менее 60 дБ
Как будем обеспечивать избирательность ?

Преобразование Фурье и оконная функция.

10 бит маловато будет да и атмель (если не АРМ) непотянет фурье. Если не замаживаться на приборы с обработкой на FPGA, а для 10 Мгц полосы уже только на них, то надо немного урезать осетра. На STM32 есть внутренний 12 битный АЦП и готовые оптимизированные библиотеки фурье до 1024 точек (можно вроде найти на 4096, но только для старших камней в серии). Т.е возможен селективник с полосой 500 Кгц. Вот только хватит ли динамики?.
Можно делать селективник с аналоговой демодуляций. 4 кмоп ключа (или 8, если нужна нечувствительность к 3 и 5 гармонике) дают динамику 100 с копейками дБ. Выход аналогового демодулятора оцифровывают встренные АЦП. Можно сделать два канала демодуляции в квадратурах- тогда можно мерять фазу измеряемого сигнала. Собственно я описываю конструкцию последних аналоговых селективных вольтметров типа SR530 (до 100 Кгц), только 20 лет назад это был гроб в 3U в 19 дюймовой стойке, а сейчас- может быть маленькая коробочка.
Если формировать квадратуры для демодулятора на аппаратных DDS (AD9958), то можно сделать прибор от НЧ до 150 Мгц ( смесители типа AD8343 в качестве ключей) но немного потеряем в динамике.

1) Фурье на 1024/4096 точек вроде бы здесь не нужны, это ж селективник, а не анализатор спектра. Нужно считать всего одну точку (одну линию спектра).

2) Давайте вгрубе посмотрим, потянет атмеловский проц или нет. Для частоты выборок Fs=20000 квыб/с необходимо накопить в озу N=20000 выборок, чтобы получить разрешение в 1 кГц. Потребное время накопления - 1 мс. Чтобы рассчитать I и Q одной линии спектра надо будет сделать 40000 МАСов. Пусть будет 40 тактов на МАС, отсюда потребное время для расчёта ПФ составит 40000*40*0.05мкс=80 мс. Ну пусть на всё-про-всё будет 100 мс. Если обновлять показания вольтметра каждую секунду, то можно делать усреднение из 10 измерений. (На самом деле планируется ТРИ МК в параллель, чтобы обеспечить 20 Мвыб/с, так что время расчёта ПФ будет 27 мс).

3) Насчёт 4/8 ключей в селективнике с аналоговой демодуляций не совсем понял, нельзя ли по-подробней? Имеется в виду синхронное квадратурное детектирование?

4) Фазу сигнала можно измерить, но относительно чего? Относительно случайной фазы местных квадратур?

5) Вы немного меня опередили, вариант со смесителями и аппаратными квадратурами с полосой в 100 МГц у меня должен быть вторым этапом.

А какой именно МК планируется использовать?

ATmega1284P, 3 шт. Ну, начать можно и с одной, частота выборок понизится до 6.7 Msps. А плату можно развести под три to be on the safe side (на всякий пожарный).

Кстати, вам подарок: добил я всё-таки программу частотомера на Си руками одного товарища с электроникса (там же и программа), считает изумительно. Но для данного проекта я планирую повысить точность ровно в два раза, что эквивалентно 40 МГц тактовой, вместо 20. (10 гиг можно померить с погрешностью 25 Гц, вот так вот)

GM: Кстати, вам подарок: добил я всё-таки программу частотомера на Си руками одного товарища с электроникса (там же и программа), считает изумительно.
В той же теме?

GM: Но для данного проекта я планирую повысить точность ровно в два раза, что эквивалентно 40 МГц тактовой, вместо 20. (10 гиг можно померить с погрешностью 25 Гц, вот так вот)
Можете вкратце объяснить? Я помню вы тогда на электрониксе, что начинали упоминать, даже спор с кем то был. Но я тогда не врубился в сам принцип.

А контроллер не из дешевых 85грн.(Украина).А почему именно ATmega1284P, из-за 16 кб ОЗУ?

GM: Преобразование Фурье и оконная функция.
И если будем мерить сигнал с уровнем в 10 мкВ, а на расстоянии допустим 10 кГц будет стоять сигнал в 1 В, что намеряем ?
Иначе говоря, как будут обстоять дела с многосигнальной избирательностью ?

60 дБ обеспечивается самим ПФ, ну можно догнать до 70, дальше труднее, надо считать и думать. А какое устройство, по-вашему, выдержит 100 дБ при расстройке на 10 кГц?