As already described in the previous article, in the process of reworking the DSO138 oscilloscope toy, the idea arose in the DSO303 firmware at some point to try to double the maximum sampling frequency to achieve scanning times of 500 and 200 nanoseconds per cell. In fact, for the STM32F303, the theoretically maximum achievable sampling rate from the point of view of the ADC input, and this is determined by the minimum opening time of the ADC sampling unit, which in our case is 1.5 clock cycles x (1/72 MHz) = 20.8 nanoseconds, is 48 MSPS (millions of counts per second). However, with the parallel operation of 4 ADCs at 6 MHz, it is possible to achieve only 24 MSPS due to the limited speed of the ADC.

Let's imagine that we are considering correctly-periodic signal, which is also constant, i.e. it does not experience fluctuations in frequency and amplitude over time. Is it possible to somehow digitize it not in one, but in several passes, thereby increasing the effective sampling frequency? 

On Ali, an interesting toy – an oscilloscope called DSO138 is sold for a very inexpensive price. It has already gained quite a lot of popularity among electronics lovers, but the parameters of this device, alas, allow it to be more or less fully used only for debugging very low-frequency circuits. Actually, it is not positioned as a tool, but rather as a DIY-kit for novice electronics engineers.

This "toy" oscilloscope is assembled on the STM32F103 microcontroller, and with a fairly competent circuit design of the digital part, the presence of a fairly decent 320X240-dot color display, and not the most rotten analog path, everything, alas, is ruined by very weak ADCs on board the 32F103. The claimed band of 200 kHz can be recognized as such only with a very large stretch. Yes, it will show the presence or absence of a signal with such a frequency, but it will not be possible to really look at something beyond this.

At the same time, the 103-series has a slightly more powerful brother - the STM32F303, it is almost completely compatible with the legs, but it is significantly better in terms of the parameters we are interested in, there are 4 ADCs on board with a conversion frequency of 5 MHz (6 MHz with a 10-bit resolution). In this scenario, if you use all 4 ADCs in parallel with a 10-bit resolution, you can get a effective resolution of up to an honest 24 MSPS (millions of samples per second). The microcontroller is also inexpensive; you can easily find it on the same Ali for very reasonable money again. It is clear that the idea to change the microcontroller arose almost immediately after I tried this DSO138.

At the same time, if upgraded the toy can turn out to be a completely full-fledged tool that even professionals, not just novice amateurs, could already use. With these thoughts in mind, I decided to try to do something with a Chinese toy in my free time.

В процессе переделки игрушки-осциллографа DSO138, как уже описывалось в предыдущей статье, возникла идея в DSO303 попробовать фокус с удвоением частоты дискретизации. В самом деле для STM32F303 теоретически максимально достижимая скорость дискретизации с точки зрения входа АЦП, а это определяется минимальным временем открытия УВХ, которое в нашем случае 1,5 такта х (1 / 72 МГц), или примерно 20,8 наносекунд, что дает 48 MSPS (миллионов отсчетов в секунду). Однако при параллельной работе 4-х АЦП на 6 МГц получается достичь только 24 MSPS из-за ограниченного быстродействия АЦП.

Представим себе, что мы рассматриваем правильно-периодический сигнал, который при этом еще и постоянен, т.е. не испытывает флуктуаций по частоте и амплитуде во времени. Возможно ли как-то оцифровывать его не в один, а в несколько проходов, тем самым увеличив эффективную частоту выборки? 

На Али продается за очень недорого интересная игрушка – осциллограф под названием DSO138. Он снискал уже довольно большую популярность среди любителей электроники, но параметры этого приборчика, увы, позволяют его более-менее полноценно использовать только для отладки очень низкочастотных схем. Собственно, он и не позиционируется как инструмент, а скорее, как DIY-kit для начинающих электронщиков.

Собран этот «игрушечный» осциллограф на микроконтроллере STM32F103, и при достаточно грамотном схемотехническом решении цифровой части, наличии довольно приличного цветного дисплея 320Х240 точек, и не самом поганом аналоговом тракте, все, увы, гробится очень слабыми АЦП на борту 32F103. Заявленная полоса в 200 кГц может быть признана таковой только с очень большой натяжкой. Да, наличие или отсутствие сигнала с такой частотой он покажет, но вот реально посмотреть что-то сверх этого не получиться.

При этом есть у 103-й серии чуть более старший брат – STM32F303, по ножкам совместим практически полностью, но по интересующим нас параметрам существенно лучше, на борту 4 АЦП с частотой преобразования 5 МГц (6 МГц с 10-ти битным разрешением). При таком раскладе, если использовать все 4 АЦП параллельно с 10-ти битным разрешением, можно получить временное разрешение до честных 24 MSPS (миллионов отсчетов в секунду). Стоит микроконтроллер тоже недорого, на том же Али можно легко найти за опять же весьма умеренные деньги. Понятно, что идея поменять микроконтроллер возникла практически сразу после того, как я этот самый DSO138 и попробовал.

О том, что получилось в результате, и написана эта статья.