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西北模电王亲测的“口袋仪”ADAL M2000,了解一下

ternence 在 2018-7-25 建立的討論區

ADALM2000 (简称:M2K)主动学习模块是一种经济实惠的USB供电软件定义仪器,将ADALM1000 (简称:M1K)主动学习模块的功能提升到更高水平。M2K内置以100 MSPS速率运行的12位ADC和DAC,可将高性能实验室设备的功能以手掌大小器件实现,使电气工程学生和爱好者能够探索几十MHz范围内的信号和系统,不存在传统实验设备相关的成本和容量。M2K配合ADI公司运行于计算机上的'Scopy'图形应用软件使用,向用户提供了许多高性能仪表选项。M2K还提供用于构建电路的部件套件,ADALP2000。

 

将理论和实践联系在一起

M2K与主机配合使用时,充当便携式实验室,可增强课堂学习效果。ADI公司的'Scopy'软件包支持M2K,它提供直观的用户图形用户界面(GUI),让学生可以更快学会,更巧妙地开展工作并探索更多知识。

 

适用于教师、学生和自学者

M2K面向对更高级电路和电子课程感兴趣的大学学生和自学者设计。教师可以充分利用M2K提供的课程目录和实验室创建自己的课程。

 

 

M2K使用起来到底如何和?西北模电王——西安交通大学电气工程学院教授、博士生导师杨建国亲测后,这样说到——

 

我平时使用仪器并不是很频繁,但还是喜欢精致的三合一设备,有电源输出、信号源输出,还有模拟量输入,只要一个笔记本电脑,就可以在相等常见的场合下,代替笨重的电源、信号源以及示波器等。ADI公司开发的这款ADAL M2000(以下简称“M2K”),看起来就像是这么一个东西。所以,当我拿到这个小玩意的时候,心里还是比较冲动的。

 

初步观察

它很小,确实很小,比我们常用的5吋手机还要小。目测大约10cm长,5cm宽,板子厚度只有几个毫米,被一个印刷的塑料套包裹着——防止那些冒失鬼将电路板上的线路短接。我估计正式产品可能会有一个更加漂亮的外壳。

 

按照产品的印刷字体看,产品的头顶是一个USB接口,可以与PC机或者笔记本电脑相连。产品的底部是一排30脚插针引线,每根线约长20cm,末端是一个母头插孔。这30根线,就是设备的关键输入输出管脚,它包含4根地线,一对儿正负电源输出(2线),两个独立的信号源输出(2线),两个独立的差分模拟量输入(4线),两根独立触发源输入(2线),以及16根数字量接口,是通用输入输出的,即GPIO。但是,这密密麻麻的30根线,虽然颜色有区分,还是容易让人眼花缭乱。

 

上电

在使用这类仪器之前,最好仔细阅读使用说明——如果是自己花钱购买的——毕竟损坏了,是自己的损失。但我没有这么做,我更希望它是一款无需说明书的设备,像手机一样。我的学生替我在PC机上安装了软件,摆好一台安捷伦的DSO-X2002A,70MHz带宽的双通道示波器(标准随机探头),一台数英TFG6300函数发生器,一台数字万用表,我就开始工作了。将USB接线插到我的电脑上,听到叮咚一声,看起来对上暗号了。

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打开被称为Scopy的软件,执行连接,3s左右,就连接成功了,图标变成了绿色,这很舒服,也让我对使用它充满了信心。界面左侧有好多功能项,都是英文,有常见的示波器、信号发生器、电源、万用表,还有频谱分析、网络分析、逻辑分析等等。如图1。

 

 

在示波器介入下的工作

将安捷伦示波器、M2K,通过一个面包板和单股铜线,按照图2结构实施连接。这样,M2K的两路信号源,会被M2K的双路示波器采集到,我可以好好看看M2K的信号源质量,也可以看看M2K的示波器质量。但我怀疑M2K自己发、自己采,可能有诈,于是让安捷伦示波器作为第三方介入,实施并行观察。

 

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先看信号源。单击“Signal Generator”,就出现了能显示波形的中央屏幕,以及右侧设置区。鼠标移动,试着动两下,就可以学会它的设置方法。只是需要注意,在改变数据时,可以键盘输入,也可以鼠标点击增加、减小按钮,按钮中央有个红色方块,点亮时可以微调,除此之外,一切都非常容易。

 

M2K的信号源幅度设定采用的是峰峰值,我将M2K的W1设置成峰峰值幅度为5V的方波、W2设置成峰峰值幅度为1V的正弦波,两者频率都是20kHz,Offset(直流偏移量)0V,Phase(相位)0度。

 

在M2K信号源RUN使能之后,用安捷伦示波器得到了图3所示波形。肉眼能够看出,它有两个问题,第一,绿色的正弦波上有显见的毛刺,估计信号源的底噪比较大。第二,正弦波的直流偏移量有明显的正值,约为50mV左右。

 

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这引起了我的兴趣,为了清晰显示这个弊端,我将两个信号源都设置成小信号,继续用安捷伦示波器观察,得到了图4波形。

 

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这是一个令人沮丧的结果:毛刺太大了,且两个通道都存在大约50mV的直流偏移量。我开始纳闷,这怎么回事啊?是安捷伦示波器出问题了吗?看看M2K自己测量结果再说吧。

 

于是,我启动了M2K自己的示波器,没有改变信号源设置。M2K示波器使用也非常方便,操作习惯与普通示波器差不多,容易上手。很快,我在屏幕中央得到了显示波形,结果一样的糟糕,唯一的区别是,它没有直流偏移量了。我特别关注了AC/DC输入耦合,是DC。M2K提供了输出功能,可以将示波器采集数据以excel表格文件形式,保存到PC机的任何文件位置。打开excel文件,简单制图,就得到了图5所示的波形,与肉眼观察无异。

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图5 M2K自发自测之小信号,在安捷伦示波器介入情况下

 

摆脱示波器独立工作

此时,我开始怀疑M2K与安捷伦示波器的友好性了,看起来它不怎么友好。于是,我把安捷伦示波器换成TEK示波器,结果是一样的。这可不是安捷伦一个品牌的问题了。

 

干脆,将示波器从测试平台中卸下,一根线都不连,单独看M2K自己发,自己测。同样用export功能,得到了图6,这个结果非常漂亮了,差不多有几个mV的本噪,是合理的。

 

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这是怎么回事呢?我没有太多时间纠缠这个,初步估计是M2K的地线设计存在问题,与示波器存在地线回流,既导致50mV左右的直流偏移量,又出现了数字量脉动干扰。

 

此时我甚至想取消这次评测,因为我太关注信号质量了。但转念一想,不对啊,我犯了一个大错误:M2K的初衷是干什么的?就是在宿舍里用的,宿舍里有示波器吗?如果有,还用M2K干什么,有正餐谁吃方便面啊?

 

我觉得,在不使用外部独立示波器的情况下,M2K发出的信号,还是不错的,它的示波器本噪也不是很大,在宿舍里进行一些初步的实验,还是挺好的。

 

带宽测试

虽然这类仪器都能号称极高的信号带宽,但我可不相信他们。什么都不变,只改变信号源发出频率,变为5MHz时,自测得到图7显示的波形。

 

我不敢看更高频率的了,5MHz已经很不错了,此时的波形已经出现了明显的失真。将频率改为500kHz,得到图8波形。这是一个不错的结果,虽然细细观察,可以看到它还是存在10mV左右的负直流电压。

 

试用结论

  • 我估计M2K定位于宿舍使用,因此在细致的纵轴电压质量中,底噪、线性度、分辨率等,它无法与标准仪器相比。但是,在对价格和使用场合有清晰认知基础上,它还是一个不错的仪器。能够轻松实现1MHz附近的波形发生和示波器采集,已经挺好了,毕竟它的核心采集速率仅是100M。

 

  • 我还试用了它的其它功能。这家伙的附属功能太多了,可以做万用表,频谱分析,网络分析仪,这都是在核心信号源、核心采集系统的支撑下的软件拓展。在硬件功底无法与标准仪器抗衡的情况下,增加软件功能,是M2K必须做的,它做得不错。

 

  • 受时间限制,我没有测试与数字相关的功能。码型发生,逻辑分析,数字IO等,这些都与内部的FPGA相关,属于硬指标,不存在设计缺陷问题,用不着我去测试。相信,它说的,就是能够做到的。

 

总之,我还是挺喜欢这个设备的。如果有人问我,你是不是想买一台,这确实是问错人了。因为我手里的高级设备还用不完。但是,想想我儿子,想想那些读书的穷孩子,如果在双肩包里有这么一个小玩意,无论图书馆还是宿舍,甚至教室里面,打开笔记本,取出面包板,就可以开战,这得惹得多少同学羡慕啊。

 

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