Форум: Техническая поддержка

- Вероятно, Вам нужно вступить в переговоры с нашим отделом продаж по поводу LTR51M, поскольку всё, как всегда, упирается в организационную сторону вопросов. Можно сказать, что примерные рамки интересующих Вас технических параметров LTR51M мы в этой теме запротоколировали, а детализировать эти параметры можно будет после проработки оргвопросов.

Некоторые предполагаемые принципы работы LTR51M я опишу ниже.

Поясню технические ограничения проекта: Максимальный объём буфера в одном модуле LTR51М оценивается величиной 32 Кбайт счётных данных. Как я уже писал выше, откачивать буфер мы сможем со скоростью - не выше 1,0-1,2 Мбайт/c.  Максимальная скорость закачки в буфер оценивается величиной 250 Мбайт/c. Средняя скорость закачки в буфер будет зависеть от количества использованных каналов,  метода сжатия бинарных потоков информации, полученных по каждому каналу c периодом дискретизации 5 нс, и характера самого входного сигнала. Под "методом сжатия" подразумеваем любой счётный метод (по аналогии с частотомерами), который может быть реализован с частотой счёта не выше 250 МГц, с задействованием для этой цели до 2500 логических ячеек FPGA семейства Cyclone iV.

Отредактировано Инженер (07.06.2019 19:45:51)

Базовый метод подсчёта частоты и количества импульсов на периодичных интервалах времени LTR51M предполагается оставить тем же, что используется в LTR51  ( http://www.lcard.ru/download/ltr.pdf , п.11.3.4). При максимальной частоте преобразования  Fs =250 МГц, в одноканальном режиме  LTR51M, при обеспечении непрерывного счёта без потерь необходимо будет иметь минимальный период BASE=500, что позволит 9-битные пары коэффициентов (M, N) непрерывно передавать со скоростью 500 тыс. пар/c. (что соответствует максимальной скорости 3-байтовых слов от LTR-модуля 500 кслов/c). Это значит, что отсчёты подсчитанных количеств импульсов при частоте счёта Fs =250 МГц cмогут быть получены от LTR51М с минимальным периодом 500/250 МГц = 2 мкс.       
Если Вам требуется уменьшить период подсчёта импульсов BASE, то принципиально это будет возможно, если в Вашем сигнале на большей части периодов  BASE импульсы отсутствуют, то количество последовательно идущих пар (0, BASE) можно будет закодировать в одной посылке, что позволит сжать поток информации и уменьшить минимально возможный период BASE. Если Вы приблизительно знаете статистику своих сигналов, то можно прикинуть максимально возможную степень сжатия данных и минимально достижимый период BASE, с учётом того, что указанные выше характеристики буфера данных погасят пиковый рост трафика передачи пар коэффициентов (M, N). Если в период BASE  попадает один импульс, то Вы сможете точно восстановить местоположение до его фронта (спада), если попадает более одного импульса, то сможете знать точное их количество и точное положение фронта (спада) последнего импульса в интервале BASE. - В любом случае, все импульсы будут подсчитаны, если буфер не переполнится (признак переполнения будет программно доступен).
Соответственно, в многоканальном режиме минимально достижимый период BASE при  Fs =250 МГц будет больше, чем 500.
Как частотомер, LTR51M при Fs =250 МГц теоретически сможет измерять частоту от 0 до 125 МГц в многоканальном режиме, с синхронным параллельным счётом.

Алексей, если данный метод счёта в рамках вышеуказанных технических ограничений принципиально не подходит для Ваших задач, то предложите на рассмотрение свой.

Предложенный метод кодирования в первом приближении годится. Точнее сказать сложно, т. к. наверняка кроме наших полезных сигналов (свойства которых нам хорошо известны и контролируются параметрами эксперимента) будут пролезать помехи (зависящие в том числе от свойств того оборудования, которое вы изготовите). Помехи при обработке полученного сигнала относительно несложно распознать. Но они будут накладывать ограничения на параметр BASE в сторону его увеличения. А какие это будут ограничения - можно будет понять только экспериментально.

Целью наших экспериментов является определение не сколько количества импульсов, сколько их точных времён (или, если это невозможно - определение точного времени первого импульса в группе и количества импульсов в группе).

Для этих целей у нас применяется следующий способ передачи информации. Было бы хорошо, если бы его удалось реализовать в LTR51M в качестве одного из альтернативных вариантов.

===
Массив данных начинается со стартового бита. Этот бит равен 0, если в момент времени, соответствующий началу массива, порог детектирования не превышен, и 1, если превышен.

Далее шкала времени нарезается на интервалы событиями перехода сигнала через порог детектирования из состояния "не превышен" в состояние "превышен" и обратно.
Длины этих интервалов передаются кадрами - по одному кадру на интервал.
Каждый кадр состоит из заголовка постоянной длины (задаётся заранее) и данных переменной длины.
В заголовке кадра указывается количество бит в переменной части данного кадра.
В переменной части указывается собственно длина интервала соответствующим количеством бит (причём старший бит, который всегда равен 1, в кадр не включается для экономии).

Заголовок кадра из всех нулей означает, что на самом деле в данном месте перемены состояния сигнала (превышение/непревышение порога) не происходило. А длина интервала передана не одним кадром, а несколькими (их нужно просуммировать) по какой-то причине - чтобы избежать переполнения заголовка кадра (если интервал очень длинный, а заголовок короткий), чтобы просигнализировать, что прибор не завис (а просто длительное время нет сигнала) и т. п. Биты данных в таком кадре отсутствуют.

Заголовок кадра из всех единичек сигнализирует об ошибке и утрате части информации. После такого заголовка следует повторный заголовок такой же длины.

Повторный заголовок из всех 1 означает, что прибор сломался и больше достоверных данных выдавать не будет. (Такой результат может быть выдан, в частности, и в самом начале работы, если на этом этапе обнаружилась неисправность или критическая проблема.)

Повторный заголовок из всех 0 означает, что информация о том, что происходило во время ошибки, утрачена, и далее измерение будет запущено заново с исходными параметрами (стартовый бит и затем кадры).

Повторный заголовок в виде обычного числа означает, что далее будут переданы 2 числа из указанного количества бит: время (длина интервала), в течении которого была ошибка, и затем количество перепадов через порог детектирования за то время, пока была ошибка (в этом количестве старший бит указывается, т. к. может быть любым).  Если какое-то одно значение (длина интервала ошибки или количество перепадов через порог детектирования за это время) неизвестно (утрачено), оно замещается всеми единицами.

После ошибки всё начинается заново - стартовый бит и далее кадры.

Если длина интервала ошибки не укладывается в разрядную сетку, генерируется несколько ошибок подряд, длины интервалов которых нужно просуммировать.

===

Алексей, опишите и/или нарисуйте модельный случай бесконечной последовательности импульсов (с максимально возможным заполнением импульсов, с указанием всех временнЫх параметров), для которой LTR51M должен определять положение каждого импульса без потерь, чтобы гарантированно решить Ваши задачи.  Эта модель позволит оценить во времени количество информации в максимальном потоке событий и сравнить те или иные возможные методы сжатия.
- Укажите также максимальное количество синхронных каналов измерения подобных последовательностей импульсов в вашей области применения.
- Вашу область применения LTR51M можно назвать "Обработка сигнала ФЭУ в экспериментальной физике"?
(Если я сформулировал неточно, уточните формулировку, пожалуйста. - Эта маркетинговая информация, возможно, будет иметь значение при обсуждении Вашего заказа с отделом продаж).

Отредактировано Инженер (09.06.2019 16:45:37)

Подозреваю, что последовательность импульсов в нашем случае кратко не описать. Это скорее диссертация получится.

В двух словах дело в следующем. Первоначальным источником информации является источник электронов ("электронная пушка"). Затем эти электроны попадают на исследуемый объект и разлетаются оттуда под разными углами. Мы определяем, в каком соотношении под какими углами они разлетаются. Каждый электрон преобразуется в световой импульс, затем ФЭУ в электрический импульс. И вот такие импульсы нужно зарегистрировать.

"Электронная пушка" - вещь принципиально нестабильная. Кроме того, у неё есть много режимов работы. А также разные экземпляры отличаются между собой (даже одной марки одного производителя).

В любом случае в процессе эксперимента будут наблюдаться частые (частота смены - сотни герц и чаще) значительные перепады интенсивностей - от нулевой до "бесконечной" (т. е. когда соседние импульсы не разрешаются). При обработке записанного таким образом сигнала возможны 3 ситуации.

1. Импульсы идут часто. Ситуация невозможности определения точного момента времени импульсов встречается в 0.1% случаев или чаще - это не годится, просто потерянное время эксперимента.
2. Импульсы идут достаточно часто, время каждого импульса удаётся зафиксировать. Это - полезная (для нас) экспериментальная информация.
3. Импульсы идут редко. Нужный объём статистики не набирается. А также соотношение полезного сигнала к шумам различного происхождения маленькое. Это - также бесполезное время эксперимента.

При использовании E20-10 при непосредственном подключении ФЭУ, когда одному импульсу в примерно 90% случаев соответствует один одиночный бит в потоке 60 Мбит/с, диапазону "2" соответствует заполнение потока единичными битами примерно от 0.0002 до 0.06 (в долях количества единичных битов к общему количеству битов).

Подводя итог, можно сказать, что важны скорее не сами характеристики LTR51M, а гибкость их настройки. Тогда можно будет получить максимальное полезное время эксперимента путём встречного подбора параметров LTR51М с одной стороны и экспериментальной установки - с другой.

Типичное количество используемых каналов в нашей области применения:
В процессе основной работы: 1 цифровой (ФЭУ) и 2 аналоговых (развёртка магнитными полями с помощью катушек по 2 координатам, по аналоговым каналам регистрируются токи в катушках путём их преобразования в напряжения).
В процессе отладки может понадобиться второй цифровой канал - для подключения второго ФЭУ для калибровки, а также 1-2 аналоговых канала для контроля различных характеристик прибора (токов в катушках электронных линз, в цепях стабилизации высоковольтного источника питания и т. п. - в зависимости от того, что нужно настроить, проконтролировать или отремонтировать).

В перспективе может понадобиться увеличить количество цифровых каналов при использовании нескольких ФЭУ или матрицы светочувствительных элементов различной конструкции.

Наша область применения - не вообще "Обработка сигнала ФЭУ в экспериментальной физике", а более узкая - "электронная дифрактометрия". Дело тут главным образом не в средстве измерения (ФЭУ), а в свойствах источника сигнала. Применение тех же самых ФЭУ с другими источниками сигнала (например, радиоактивный распад, термоэмиссия в металлургическом производстве, астрономические наблюдения, ПЭТ-томография в медицине и т. п.) потребует совершенно других методов обработки сигнала (аппаратных и программных).

Хотя, если разработанное вами устройство будет регистрировать без потерь весь объём информации с ФЭУ, его можно будет считать универсальным и подходящим для любых применений, где есть возможность для записи всего массива данных и последующей обработки.

При таком широком подходе и вышеописанном широком спектре задач нужно сразу проектировать гигабитный по скорости логический анализатор общего применения с непрерывным сбором данных и не обманывать себя половинчатыми решениями. Рассматривать LTR51M в контексте вашей области применения далее не вижу смысла.
Чтобы обеспечить серийность изделию, нужно значительно охватить заявляемые области применения... Значит, следует развивать LTR51M туда, где его потенциальные характеристики (и перспективы развития функционала) гарантированно соответствовали бы заявляемым областям применения.

Высокоскоростной логический анализатор для нашей (и аналогичных) задач не факт что подойдёт (в этом направлении и мы, и наши коллеги, естественно, думали). Прежде всего, с анализатора с гигабитными потоками данных за типичное время эксперимента (несколько часов) наберётся достаточно большой объём данных, которые как минимум нужно будет где-то хранить (1 гбит/с - это больше 2 Тб за 5 часов). Время обработки сигнала (распознавание импульсов, соотнесение их с координатами развёртки и т. п.) тоже увеличится просто за счёт объёма, который нужно прочитать с диска и просканировать хотя бы 1 раз (а в реальности будет несколько - сопоставление разных участков записи друг с другом). Для сравнения: сейчас 5-часовая запись с E20-10 обрабатывается около 2 суток на достаточно быстром компьютере.

При  этом принципиально новых результатов, компенсирующих существенное увеличение времени работы, скорее всего получено не будет.

Поэтому пока что (с современной скоростью доступной вычислительной техники) мне представляется более рациональным устройство типа LTR51M, распознающее короткие импульсы аппаратно по настраиваемым порогам и выдающее результат в виде "эха" из ТТЛ-подобных импульсов, с которыми потом можно что-нибудь сделать на оборудовании с относительно небольшой скоростью (типа E20-10).

Такое решение получается действительно в некотором смысле половинчатым. Но лимитирующее звено здесь - не этап регистрации, а этап последующего хранения и обработки полученных данных.

Возможно, что LTR51 в нашей области действительно не подходит по каким-то причинам. Но такой причиной точно не является перспектива его возможной замены на какое-либо существенно более высокоскоростное устройство.

Высокоскоростной гигабитный логический анализатор должен быть со сжатием данных, естественно, и с другой логической обработкой! Сжатие должно быть реализовано в FPGA анализатора одним из общеизвестных алгоритмом сжатия (без потерь данных). - Похоже, это - единственное, что Вам точно подойдёт, судя по описанию задачи. Данное устройство может быть построено на основе скоростного интерфейса USB 3.0 и FPGA.  Скорость, в данном случае, нужна для погашения пикового трафика, который может возникнуть в Ваших задачах на неопределённый промежуток времени. Но это совсем не означает, что в среднем трафик у Вас будет высокий, он может быть даже в среднем ниже, чем сейчас у E20-10 из-за наличия сжатия.

Алексей, я полагаю, что данный формат общения на Вашу тему на форуме "техническая поддержка" исчерпал себя. Я Вам предлагаю написать и выслать на support@lcard.ru техническое задание на разработку скоростного устройства сбора данных для экспериментальных физических исследований в Вашей сфере (и в тех смежных сферах, которые Вы можете охватить). С маркетинговой точки зрения, нам будут интересны предложения не разработку специальных устройств ввода данных с максимальным охватом задач и сфер применения (это необходимое условие для серийности изделия), с указанием этих сфер и этих задач.  При наличии такого ТЗ возникнут основания и для обсуждения организационно-финансовых вопросов с нашим отделом продаж.

Техническое задание на устройство, которое бы удовлетворяло наш научный коллектив в настоящее время и на некоторую перспективу, в ближайшее время будет обсуждено с сотрудниками и предоставлено.

В связи с проведённым обсуждением остался вопрос - возможно ли параллельно с разработкой универсального устройства заказать техническое решение, которое позволило бы локально решить текущую задачу - организовать корректный ввод импульсов ФЭУ (длина импульса 9 нс с минимальным интервалом между ними не менее 9 нс) по синхронным цифровым входам E20-10. Например, путём преобразования их в прямоугольные импульсы большей длительности. При этом подсчёт количества пропущенных импульсов в случае превышения частоты не требуется. В первом приближении не требуется даже детектировать факт такого пропуска. Во втором приближении (если это возможно относительно просто сделать) о таких фактах можно было бы сигнализировать, например, выдачей прямоугольного импульса удвоенной длительности.

Алексей,
По поводу расширения длительности импульса: внутри E20-10 это сделать нельзя без аппаратной переделки. Корректней и правильней это сделать внешним образом путём применения внешнего формирователя импульсов (скоростного одновибратора, Monostable Multivibrator), например, на основе этого: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74lvc1g123.pdf   
Это перезапускаемый мононостабильный (Retriggerable) одновибратор. Он как бы суммирует длительность вложенных сформированных импульсов . Это объяснено в http://www.ti.com/lit/an/slva720/slva720.pdf ,page 4, fig.3. Существуют и Non-Retriggerable одновибраторы. Какой Вам нужен? - я не знаю, но -  поймите меня правильно - к техподдержке по E20-10 вопросы разработки одновибратора отношения не имеют.

Проблема скорее всего была в источнике питания. После замены штатного источника питания на прецизионный все необъяснимые корреляции исчезли (остались только те, которые соответствуют условиям эксперимента, имеют логичное объяснение и укладываются в заявленные погрешности - как то взаимное влияние входных сигналов (цифровых и аналоговых) через общую землю).

Было перепробовано 3 экземпляра штатных источников питания и несколько других (не прецизионных) с разными условиями (изменением в небольших пределах входного напряжения 220В и частоты). Во всех случаях интерференция сигналов наблюдалась и "откликалась" на изменение этих внешних условий (т. е. в зависимости от условий была разной).

Видимо, можно сделать вывод, что регистрация сигналов по цифровым входам E20-10 работает правильно, но штатный источник питания (по крайней мере имеющиеся у нас экземпляры) в ряде случаев может стать узким местом и не позволить реализовать все имеющиеся возможности E20-10.

В любом случае спасибо за разработку. Она нам очень пригодилась в нашей научной работе.

Здравствуйте, Алексей.
Источник питания в комплекте E20-10 - простейший линейный нестабилизированный сетевой адаптер питания, качества которого по нашим многочисленным экспериментам вполне хватает, чтобы утверждать, что данный блок питания не ухудшает метрологические характеристики E20-10 при штатных испытаниях. Но вполне возможно, что имеющееся у Вас фактическое качество электросети в сочетании с простейшим вариантом штатного источника питания не позволили в достаточной степени качественно запитать E20-10 (по критериям Ваших тонких корреляционных измерений), и помехи электросети оказывали тонкое влияние на цепи измерения E20-10.  Естественно, если любой прибор изучать на тонкие корреляционные эффекты за пределами его штатных метрологических характеристик, то можно обнаружить ранее незамеченные взаимовлияния. Чтобы подобных неожиданностей не было, то в ТЗ на проектирование следует оговаривать численные метрологические характеристики (в том числе, корреляционные, в оговорённой схеме соединений оборудования), которые должен обеспечить прибор.

Спасибо за отзыв о проведённой разработке! Для тех, кто не следил за темой: речь идёт о новой функции скоростного цифрового ввода в E20-10.

Ого, полезная тема