АНАЛОГОВЫЕ FPGA ДОСТУПНЫ, ОПЯТЬ
Программируемые аналоговые схемы это как привычные FPGA, только в аналоговой электронике: массив фильтров, усилителей, смесителей, детекторов, и всё это можно пересобирать софтом.
Профиты ясны: сейчас мы берём входной сигнал (почти всегда аналоговый), оцифруем его в АЦП, параллельно обрабатываем, короче все прелести трейдоффа "кол-во состояний vs битность". А так можно, например, умножить сигнал на N одной ячейкой.
Концепция известна с 90-х (тот же Anadigm), но есть проблемы. Классическая ПЛИС программируется внешней цифровой памятью, а настройки ПАИС (усиления, веса, токи смещения, пороги, тысячи их!) придётся как-то генерировать локально, ставя ЦАП на каждый вход — и лишнее место, и потребление.
Да и аналоговые штуки плохо масштабируются вниз, а для создания программируемой схемы нужен массив из большого количества одинаковых ячеек.
В новом SoC FPAA от Hasler эти значения хранятся в плавающих затворах pFET транзисторов прямо в массиве аналоговых ячеек. А для задания значений рядом есть АЦП/ЦАП, которые, конечно, можно использовать и для работы схемы. А ещё SRAM 16k*16 для кода и данных и 16-битное ядро MSP430 для контроля, обработки и динамического переконфигурирования схемы.
То есть, ЦАПы настроек никуда не исчезают, просто добавляются буферы и роутинг этих сигналов. Это до 600'000 раз компактнее, чем ставить ЦАП к каждому элементу, требующему настройки.
Отдельно они упоминают, что и этот роутинг сам является активным элементом цепи, участвующим в вычислениях.
Что можно делать, и сделано уже прямо сейчас: напрашивается always-on обработка сигнала рядом с сенсором, одновременно и конфигурируемая, и ультра-низкопотребляющая. Да и быстрое прототипирование аналоговых схем тоже хочется потрогать, а дальше перенести в схему, или так и оставить FPAA чип рядом.
Низкопотребляющая mixed-signal обработка, сенсор-хабы, адаптивные контуры управления без задержек на конверсии.
Два примера: подводный сонар с переконфигурированием на лету под разные режимы работы, и споттер ключевого слова (то, как умная колонка слышит ваше "Маруся!") с потреблением 23 мкВт. Да, keyword spotter на обычных SoC уже оптимизированы — даже приснопамятный IA611 с NPU потреблял 2 мВт на фазе ожидания ключевого слова; но ПАИС стократ экономичнее.
В 2025 Okika заявила о завершении поглощения Anadigm (прежние лидеры аналоговых матриц) и намерении развивать FPAA под своим крылом. Правда, основная отладочная плата пока стоит полмиллиона рублей. Ждём :)
Ну так а чо делать: это уже в чистом виде микропотребляющие нейроны, или аналоговый conditioner / анти-клип перед АЦП, переконфигурируемый аналоговый фронденд для стенда с датчиками, и даже симулятор динамических систем / ODE-решателей на аналоговых вычислениях.
Намеренно не провожу параллели с советским аналоговым гидрокомпьютером, потому что ну разный класс устройств.
Программируемые аналоговые схемы это как привычные FPGA, только в аналоговой электронике: массив фильтров, усилителей, смесителей, детекторов, и всё это можно пересобирать софтом.
Профиты ясны: сейчас мы берём входной сигнал (почти всегда аналоговый), оцифруем его в АЦП, параллельно обрабатываем, короче все прелести трейдоффа "кол-во состояний vs битность". А так можно, например, умножить сигнал на N одной ячейкой.
Концепция известна с 90-х (тот же Anadigm), но есть проблемы. Классическая ПЛИС программируется внешней цифровой памятью, а настройки ПАИС (усиления, веса, токи смещения, пороги, тысячи их!) придётся как-то генерировать локально, ставя ЦАП на каждый вход — и лишнее место, и потребление.
Да и аналоговые штуки плохо масштабируются вниз, а для создания программируемой схемы нужен массив из большого количества одинаковых ячеек.
В новом SoC FPAA от Hasler эти значения хранятся в плавающих затворах pFET транзисторов прямо в массиве аналоговых ячеек. А для задания значений рядом есть АЦП/ЦАП, которые, конечно, можно использовать и для работы схемы. А ещё SRAM 16k*16 для кода и данных и 16-битное ядро MSP430 для контроля, обработки и динамического переконфигурирования схемы.
То есть, ЦАПы настроек никуда не исчезают, просто добавляются буферы и роутинг этих сигналов. Это до 600'000 раз компактнее, чем ставить ЦАП к каждому элементу, требующему настройки.
Отдельно они упоминают, что и этот роутинг сам является активным элементом цепи, участвующим в вычислениях.
Что можно делать, и сделано уже прямо сейчас: напрашивается always-on обработка сигнала рядом с сенсором, одновременно и конфигурируемая, и ультра-низкопотребляющая. Да и быстрое прототипирование аналоговых схем тоже хочется потрогать, а дальше перенести в схему, или так и оставить FPAA чип рядом.
Низкопотребляющая mixed-signal обработка, сенсор-хабы, адаптивные контуры управления без задержек на конверсии.
Два примера: подводный сонар с переконфигурированием на лету под разные режимы работы, и споттер ключевого слова (то, как умная колонка слышит ваше "Маруся!") с потреблением 23 мкВт. Да, keyword spotter на обычных SoC уже оптимизированы — даже приснопамятный IA611 с NPU потреблял 2 мВт на фазе ожидания ключевого слова; но ПАИС стократ экономичнее.
В 2025 Okika заявила о завершении поглощения Anadigm (прежние лидеры аналоговых матриц) и намерении развивать FPAA под своим крылом. Правда, основная отладочная плата пока стоит полмиллиона рублей. Ждём :)
Ну так а чо делать: это уже в чистом виде микропотребляющие нейроны, или аналоговый conditioner / анти-клип перед АЦП, переконфигурируемый аналоговый фронденд для стенда с датчиками, и даже симулятор динамических систем / ODE-решателей на аналоговых вычислениях.
Намеренно не провожу параллели с советским аналоговым гидрокомпьютером, потому что ну разный класс устройств.
❤11🤔5👍3🔥2🎄2
СИНИЕ СВЕТОДИОДЫ 1/4: База
Светодиод — это же по сути побочный эффект, возведённый в абсолют: электроны на p-n переходе теряют немного энергии, отдают её в тепло (и немного в излучение), а мы уже больше века двигаем баланс в "поменьше тепла, побольше света".
Даже тяжелее сделать диод без приставки "свето-": любой p-n переход излучает в ИК (и принимает обратно тоже, кстати).
Синий цвет это последний бастион светодиодов, который не давался нам 30 лет, зато теперь мы можем в Новый год украсить дом белыми гирляндами дешевле, чем килограмм мандаринов.
Другие базовые цвета поддались ещё десятилетия назад, а прорывы в изучении гетероструктур начала 70-х инженеры ещё долго допиливали для производства, и синий LED даже в 2003 в России всё ещё был сильно дороже остальных.
В природе с собственным синим цветом вообще напряжёнка: синих цветов мало, синий краситель дорогой, синих звёзд мало.
Самое странное, что история светодиодов тогда, в 1920-х началась именно с синего цвета: Олег Лосев наблюдал электролюминесценцию в кристалле карбида кремния.
Но стало ясно, что красные/зелёные/жёлтые диоды требуют довольно простых материалов, несильно отличаясь от тех ИК-диодов, которые получаются сами по себе. Для синего же нужен материал с широкой запрещённой зоной (длина волны мала, энергия высока), и мы хорошо знаем такие (GaN и InGaN), но их технология оказалась выше наших сил.
Потом, в 1970-х группа Жореса Алфёрова разработала полупроводниковые гетероструктуры, рабочую лошадку современных лазеров — и наших синих диодов.
Приятно, что основа этому была положена русскими учёными :3
Потом, в 1990-х группа Сюдзи Накамуры десять лет билась над технологией производства, в 2014 получив за свои труды Нобелевскую премию.
К концу 1990-х технология дошла до производства дешёвых синих LED и белых (с люминофором) на их основе.
Но одно дело — нарисовать зонные диаграммы на доске.
Другое — вырастить кристалл в лаборатории.
Совсем отдельное третье — запустить массовое производство.
И каждый из этапов стоил нам ещё 20 лет исследований и кто-его-знает-сколько сотен миллионов долларов.
Мы привыкли растить полупроводники на сапфировой подложке: они дёшевы, термостойки, технологичны и давно работают в массовой эпитаксии. Но насколько они хороши для кремния, ровно настолько же они становятся камнем в ботинке для нитрида галлия. У них разный период кристаллической решётки (расстояние между атомами в решётке), а значит:
- плотность дефектов взлетит в небеса, а мы вообще-то тут пытаемся гетероструктуры растить (тонкие слои друг на друге).
- так-себе-сцепление: структура при нагреве треснет, а то и отщёлкнется от подложки; мы не сможем подать большой ток.
- а если и выдержит, то изогнётся так, что лучше бы оторвалось.
Кстати, одного GaN нам не хватит, его ещё нужно легировать, чтобы создать разные уровни зонной диаграммы (и получился p-n контакт). А это ещё два чуть других материала, со свойствами которых нужно считаться. Даже сделать p-полупроводник уже заставило десять лет отлаживать введение магния.
Огромные усилия были вложены в отладку режимов и создание буферных слоёв, чтобы плавно привести период решётки нитрида галлия к периоду решётки сапфира.
В 1993 году показали первый эффективный образец синего светодиода на структуре p-GaN / InGaN / n-GaN (двойная гетероструктура с активным GaN), выращенного на сапфире, и теперь стало ясно, что "оно работает!", и дальше можно отлаживать материалы, надёжность, упаковку и тепло. Всегда было ясно, что стоит нам сделать качественный синий светодиод, а дальше мы просто светим им в жёлтый люминофор, и делаем белый свет для ярких и эффективных белых ламп.
Завтра расскажу неочевидные вещи: почему больше дефектов лучше, что такое green gap, и почему сапфир иногда отрывают (!)
#светодиод #синий_светодиод
Светодиод — это же по сути побочный эффект, возведённый в абсолют: электроны на p-n переходе теряют немного энергии, отдают её в тепло (и немного в излучение), а мы уже больше века двигаем баланс в "поменьше тепла, побольше света".
Даже тяжелее сделать диод без приставки "свето-": любой p-n переход излучает в ИК (и принимает обратно тоже, кстати).
Синий цвет это последний бастион светодиодов, который не давался нам 30 лет, зато теперь мы можем в Новый год украсить дом белыми гирляндами дешевле, чем килограмм мандаринов.
Другие базовые цвета поддались ещё десятилетия назад, а прорывы в изучении гетероструктур начала 70-х инженеры ещё долго допиливали для производства, и синий LED даже в 2003 в России всё ещё был сильно дороже остальных.
В природе с собственным синим цветом вообще напряжёнка: синих цветов мало, синий краситель дорогой, синих звёзд мало.
Самое странное, что история светодиодов тогда, в 1920-х началась именно с синего цвета: Олег Лосев наблюдал электролюминесценцию в кристалле карбида кремния.
Но стало ясно, что красные/зелёные/жёлтые диоды требуют довольно простых материалов, несильно отличаясь от тех ИК-диодов, которые получаются сами по себе. Для синего же нужен материал с широкой запрещённой зоной (длина волны мала, энергия высока), и мы хорошо знаем такие (GaN и InGaN), но их технология оказалась выше наших сил.
Потом, в 1970-х группа Жореса Алфёрова разработала полупроводниковые гетероструктуры, рабочую лошадку современных лазеров — и наших синих диодов.
Приятно, что основа этому была положена русскими учёными :3
Потом, в 1990-х группа Сюдзи Накамуры десять лет билась над технологией производства, в 2014 получив за свои труды Нобелевскую премию.
К концу 1990-х технология дошла до производства дешёвых синих LED и белых (с люминофором) на их основе.
Но одно дело — нарисовать зонные диаграммы на доске.
Другое — вырастить кристалл в лаборатории.
Совсем отдельное третье — запустить массовое производство.
И каждый из этапов стоил нам ещё 20 лет исследований и кто-его-знает-сколько сотен миллионов долларов.
Мы привыкли растить полупроводники на сапфировой подложке: они дёшевы, термостойки, технологичны и давно работают в массовой эпитаксии. Но насколько они хороши для кремния, ровно настолько же они становятся камнем в ботинке для нитрида галлия. У них разный период кристаллической решётки (расстояние между атомами в решётке), а значит:
- плотность дефектов взлетит в небеса, а мы вообще-то тут пытаемся гетероструктуры растить (тонкие слои друг на друге).
- так-себе-сцепление: структура при нагреве треснет, а то и отщёлкнется от подложки; мы не сможем подать большой ток.
- а если и выдержит, то изогнётся так, что лучше бы оторвалось.
Кстати, одного GaN нам не хватит, его ещё нужно легировать, чтобы создать разные уровни зонной диаграммы (и получился p-n контакт). А это ещё два чуть других материала, со свойствами которых нужно считаться. Даже сделать p-полупроводник уже заставило десять лет отлаживать введение магния.
Огромные усилия были вложены в отладку режимов и создание буферных слоёв, чтобы плавно привести период решётки нитрида галлия к периоду решётки сапфира.
В 1993 году показали первый эффективный образец синего светодиода на структуре p-GaN / InGaN / n-GaN (двойная гетероструктура с активным GaN), выращенного на сапфире, и теперь стало ясно, что "оно работает!", и дальше можно отлаживать материалы, надёжность, упаковку и тепло. Всегда было ясно, что стоит нам сделать качественный синий светодиод, а дальше мы просто светим им в жёлтый люминофор, и делаем белый свет для ярких и эффективных белых ламп.
Завтра расскажу неочевидные вещи: почему больше дефектов лучше, что такое green gap, и почему сапфир иногда отрывают (!)
#светодиод #синий_светодиод
🔥19❤6🆒3
СИНИЕ СВЕТОДИОДЫ 2/4: Квантовые штуки
Сначала из дискуссии в комментах про рабочее напряжение.
Длина волны 450 нм это hc/λ = 1240 эВ·нм / 450 нм = 2.76 эВ, значит U не может быть ниже 2.76 В. Но ещё уйма эффектов:
- ВАХ диода это уже экспонента для пропихивания большего количества электронов (уравнение Шокли со степенью n), тут вплоть до +700 мВ.
- сопротивление p-GaN, проволоки и прозрачного электрода из оксида индия ITO или сетки может быть до 10 Ом, +1 В на 100 мА.
- в точках разварки, в контакте металл-ПП образуется контактное сопротивление. Его стараются сделать чистым R или "плохим n", но не как барьер Шоттки с фикс напряжением.
- с ростом тока низкие уровни заполняются и излучение происходит с более высоких, уменьшая длину волны и повышая U: 473нм @ 1мА -> 467нм @ 100мА до +35 мВ.
Для светодиода WW05A3SBQ4-N я получил выражение V(I) = 5.6*26мВ*ln(I/1.6пА+1) + I*7.4Ом, и как видно на графике, главный генератор вольтов — именно I*R
(синий — диодность, зелёный — омы, красный — их сумма).
Сегодня про квантовые эффекты, и чтобы понимать суть, посмотрите на структуру кристалла на 1 картинке, сверху вниз:
- слой ITO / оксида индия-олова как проводник анода
- p-GaN как p-полупроводник, поставщик дырок
- MQW — слой квантовых колодцев, типа одна 50-нм область, но её структура показана ниже: это ~5 слоёв квантовых ям InGaN толщиной 2 нм, разделённых 10 нм барьерами GaN.
- дальше n-GaN как катод и поставщик электронов
- сапфировая подложка и отражатель.
Кристалл GaN это пьезокристалл (вюрцит), и на границах слоёв InGaN/GaN возникают заряды, которые на нанометрах создают поля ~мегавольт на метр. В таких высоких электрических полях электронные уровни сдвигаются друг к другу (эффект Штарка), и энергии фотонов уменьшаются / спектр краснеет. Тот же эффект заставляет электроны и дырки расходиться дальше, и они встречаются реже, уменьшая эффективность излучения.
С этим пытаются бороться градиентом концентрации индия (а не жёсткой слоистостью, как сейчас), выращивая кристалл на неполярной плоскости или делая слой квантовых ям предельно тонким (носителям некуда разойтись — эффективность высока).
Но с ростом тока носители начинают экранировать поле, спектр синеет и даже может увеличиться эффективность. Именно этот механизм ответственен за сдвиг в синий с ростом тока (Blue shift), т.е. мы буквально наблюдаем квантовый эффект.
Нитриды (GaN/InGaN) эффективны для синего цвета, а фосфиды (GaP/GaAsP) — для красного. На зелёный/жёлтый цвета удобных материалов нет :( Эта проблема получила название green gap.
Старые "индикаторные" зелёные LED на GaP неэффективны и не любят нагрев, хоть и очень просты. Имея отлаженную GaN-технологию, хочется на базе неё сделать и зелёные LED, но для сдвига спектра в зелёный требуется больше индия; а он усиливает поляризацию и эффект Штарка, эффективность падает, особенно на высоком токе. Это решают, и современные осветительные зелёные LED — это InGaN, хоть и не идеальные.
Обычно дефекты решётки портят эффективность: электроны / дырки добегают до дефекта и поглощаются, не рекомбинировав. Как помните из I поста, плотность дефектов в кристалле очень высока из-за несовпадения периода решётки, и логично ожидать, что эффективность упадёт. Но всё наоборот! Почему?
Индий распределён неравномерно, флуктуации плотности образуют локальные небольшие квантовые ямы, собирающие носители. В итоге носители рекомбинируют в ямах, не долетая до дефекта, и эффективность растёт. Странно, но это так :)
Да, в 3D-кристаллах в 2D-квантовых колодцах растут 0D-ямы.
Сделать GaN p-типом проще всего легированием магнием, и это работает... правда, эпитаксия методом MOCVD проходит в среде водорода, а он пассивирует Mg-акцепторы (создавая комплексы Mg-H), получается не p-GaN, а хз что. В 1992 поняли: акцепторы можно активировать обратно отжигом в среде азота, и восстановить p-активность, не испортив всё остальное.
Тема про сапфир не влезла в квантовый блок, значит завтра.
#светодиод #синий_светодиод
Сначала из дискуссии в комментах про рабочее напряжение.
Длина волны 450 нм это hc/λ = 1240 эВ·нм / 450 нм = 2.76 эВ, значит U не может быть ниже 2.76 В. Но ещё уйма эффектов:
- ВАХ диода это уже экспонента для пропихивания большего количества электронов (уравнение Шокли со степенью n), тут вплоть до +700 мВ.
- сопротивление p-GaN, проволоки и прозрачного электрода из оксида индия ITO или сетки может быть до 10 Ом, +1 В на 100 мА.
- в точках разварки, в контакте металл-ПП образуется контактное сопротивление. Его стараются сделать чистым R или "плохим n", но не как барьер Шоттки с фикс напряжением.
- с ростом тока низкие уровни заполняются и излучение происходит с более высоких, уменьшая длину волны и повышая U: 473нм @ 1мА -> 467нм @ 100мА до +35 мВ.
Для светодиода WW05A3SBQ4-N я получил выражение V(I) = 5.6*26мВ*ln(I/1.6пА+1) + I*7.4Ом, и как видно на графике, главный генератор вольтов — именно I*R
(синий — диодность, зелёный — омы, красный — их сумма).
Сегодня про квантовые эффекты, и чтобы понимать суть, посмотрите на структуру кристалла на 1 картинке, сверху вниз:
- слой ITO / оксида индия-олова как проводник анода
- p-GaN как p-полупроводник, поставщик дырок
- MQW — слой квантовых колодцев, типа одна 50-нм область, но её структура показана ниже: это ~5 слоёв квантовых ям InGaN толщиной 2 нм, разделённых 10 нм барьерами GaN.
- дальше n-GaN как катод и поставщик электронов
- сапфировая подложка и отражатель.
Кристалл GaN это пьезокристалл (вюрцит), и на границах слоёв InGaN/GaN возникают заряды, которые на нанометрах создают поля ~мегавольт на метр. В таких высоких электрических полях электронные уровни сдвигаются друг к другу (эффект Штарка), и энергии фотонов уменьшаются / спектр краснеет. Тот же эффект заставляет электроны и дырки расходиться дальше, и они встречаются реже, уменьшая эффективность излучения.
С этим пытаются бороться градиентом концентрации индия (а не жёсткой слоистостью, как сейчас), выращивая кристалл на неполярной плоскости или делая слой квантовых ям предельно тонким (носителям некуда разойтись — эффективность высока).
Но с ростом тока носители начинают экранировать поле, спектр синеет и даже может увеличиться эффективность. Именно этот механизм ответственен за сдвиг в синий с ростом тока (Blue shift), т.е. мы буквально наблюдаем квантовый эффект.
Нитриды (GaN/InGaN) эффективны для синего цвета, а фосфиды (GaP/GaAsP) — для красного. На зелёный/жёлтый цвета удобных материалов нет :( Эта проблема получила название green gap.
Старые "индикаторные" зелёные LED на GaP неэффективны и не любят нагрев, хоть и очень просты. Имея отлаженную GaN-технологию, хочется на базе неё сделать и зелёные LED, но для сдвига спектра в зелёный требуется больше индия; а он усиливает поляризацию и эффект Штарка, эффективность падает, особенно на высоком токе. Это решают, и современные осветительные зелёные LED — это InGaN, хоть и не идеальные.
Обычно дефекты решётки портят эффективность: электроны / дырки добегают до дефекта и поглощаются, не рекомбинировав. Как помните из I поста, плотность дефектов в кристалле очень высока из-за несовпадения периода решётки, и логично ожидать, что эффективность упадёт. Но всё наоборот! Почему?
Индий распределён неравномерно, флуктуации плотности образуют локальные небольшие квантовые ямы, собирающие носители. В итоге носители рекомбинируют в ямах, не долетая до дефекта, и эффективность растёт. Странно, но это так :)
Да, в 3D-кристаллах в 2D-квантовых колодцах растут 0D-ямы.
Сделать GaN p-типом проще всего легированием магнием, и это работает... правда, эпитаксия методом MOCVD проходит в среде водорода, а он пассивирует Mg-акцепторы (создавая комплексы Mg-H), получается не p-GaN, а хз что. В 1992 поняли: акцепторы можно активировать обратно отжигом в среде азота, и восстановить p-активность, не испортив всё остальное.
Тема про сапфир не влезла в квантовый блок, значит завтра.
#светодиод #синий_светодиод
🔥12❤2👍1
Очень долго не покупал OLED монитор, а тут купил и доволен. Надеюсь, до правой картинки не дойдёт :D
Непонятно одно: почему Samsung Odyssey G5/G6 это 200 Кд/м², а все остальные (типа Aorus) это 1000 Кд/м²? В магазине Odyssey реально выглядел тусклым, но это же странно.
Непонятно одно: почему Samsung Odyssey G5/G6 это 200 Кд/м², а все остальные (типа Aorus) это 1000 Кд/м²? В магазине Odyssey реально выглядел тусклым, но это же странно.
😁15❤3💯2❤🔥1🌚1
Для проекта #DOLGO купил 5 кварцевых генераторов в термостатах, и решил выбрать лучший из них. Качество кварцев можно оценить по девиации Аллана, а несколько источников сравним между собой методом N-cornered hat. Теперь надо измерить частоты генераторов по секундным периодам.
Печатаю 5-угольную шляпу с гнёздами под генераторы, в центре LEA-M8T — GNSS-приёмник для хронометрии; В STM32 запускаю 5 таймеров, тактирую их от генераторов, а сбрасываю по 1PPS выходу GNSS-модуля; скорее всего, его секунды мегаточные, значит ими можно считать такты генератора; 10 МГц генераторы насчитают ~10 млн тактов, и отправляю измерения в БД.
Математическая уловка
Зачем считать все такты, если измерения всегда будут в районе 9'995'000..10'005'000? Берём 16-битные таймеры (или младшие 16 бит у 32-битных), они перекрутятся ⌊10e6 / 2^16⌋ = 152 раза, точно не больше/меньше, если секундный сигнал не пропадёт.
Останется [10млн – 152*2^16] = 38'528. Это ~середина диапазона 0..65'535, значит остаётся удобный зазор ±27 кГц. Хватит ли нам этого? Все погрешности OCXO это ±200 Гц начальная и ±400 Гц старение за 10 лет = ±600 Гц, а напряжением он подстраивается до ±2000 Гц, + двойной запас, значит остаток никогда не выйдет за пределы 38528±5000; а если вышел — значит, чото сломалось. Как же удобно получилось! Я ничего не подгонял, честно :D
Конечно, это не про экономию данных, а чтобы юзать 16-битные таймеры, которых в STM32 больше, чем 32-битных — на наши 5 генераторов нужно 5 отдельных таймеров, а их и так дефицит, не каждая STM32 подойдёт. Я взял STM32F3Discovery, её хватило.
Hardware
Питаю от 5 В (на старте 2.5 А и до 4.2 А, а через 10 минут 1 А), управляющее напряжение всех генераторов запараллелил в пол-питания делителем (а надо бы на LDO или ИОН), антенна за окно, UART от GNSS и от STM32F3 в одноплатник OPi Z2W и в БД.
Да, я хочу сделать плату, чтобы покупать эти 20-летние OCXO пачками и отбраковывать, но не могу найти толстые цанги, чтобы вставлять их в плату. Есть Mill-Max 0566-2-15-15-21-27-10-0 и 8894-0-15-15-12-27-10-0, но купить их сложна. А цанги DIP-панелек узки, нога OCXO не лезет.
И ВСË это ради того, чтобы в конце осознать, что ловить герцы смешно — точность OCXO это тысячные доли герца, и ловить нужно 10^-10 отклонения. У ampnuts измерения 10 М дали:
Нестабилен аж пятый знак после запятой. Конечно, усреднением это не сделать, потому что теряется весь смысл долгих наблюдений, любые флуктуации скомпенсируются.
Поэтому сразу начинаем вторую версию, логичнее всего через TDC во 2 режиме (ок, во всех чипах он называется так): считаем фронты клока в течение секунды + уточняем фазы фронтов 1PPS сигнала через TDC с точностью 20 пикосекунд.
Надеюсь, кому-то сэкономлю время, хаха.
Печатаю 5-угольную шляпу с гнёздами под генераторы, в центре LEA-M8T — GNSS-приёмник для хронометрии; В STM32 запускаю 5 таймеров, тактирую их от генераторов, а сбрасываю по 1PPS выходу GNSS-модуля; скорее всего, его секунды мегаточные, значит ими можно считать такты генератора; 10 МГц генераторы насчитают ~10 млн тактов, и отправляю измерения в БД.
Математическая уловка
Зачем считать все такты, если измерения всегда будут в районе 9'995'000..10'005'000? Берём 16-битные таймеры (или младшие 16 бит у 32-битных), они перекрутятся ⌊10e6 / 2^16⌋ = 152 раза, точно не больше/меньше, если секундный сигнал не пропадёт.
Останется [10млн – 152*2^16] = 38'528. Это ~середина диапазона 0..65'535, значит остаётся удобный зазор ±27 кГц. Хватит ли нам этого? Все погрешности OCXO это ±200 Гц начальная и ±400 Гц старение за 10 лет = ±600 Гц, а напряжением он подстраивается до ±2000 Гц, + двойной запас, значит остаток никогда не выйдет за пределы 38528±5000; а если вышел — значит, чото сломалось. Как же удобно получилось! Я ничего не подгонял, честно :D
Конечно, это не про экономию данных, а чтобы юзать 16-битные таймеры, которых в STM32 больше, чем 32-битных — на наши 5 генераторов нужно 5 отдельных таймеров, а их и так дефицит, не каждая STM32 подойдёт. Я взял STM32F3Discovery, её хватило.
Hardware
Питаю от 5 В (на старте 2.5 А и до 4.2 А, а через 10 минут 1 А), управляющее напряжение всех генераторов запараллелил в пол-питания делителем (а надо бы на LDO или ИОН), антенна за окно, UART от GNSS и от STM32F3 в одноплатник OPi Z2W и в БД.
Да, я хочу сделать плату, чтобы покупать эти 20-летние OCXO пачками и отбраковывать, но не могу найти толстые цанги, чтобы вставлять их в плату. Есть Mill-Max 0566-2-15-15-21-27-10-0 и 8894-0-15-15-12-27-10-0, но купить их сложна. А цанги DIP-панелек узки, нога OCXO не лезет.
И ВСË это ради того, чтобы в конце осознать, что ловить герцы смешно — точность OCXO это тысячные доли герца, и ловить нужно 10^-10 отклонения. У ampnuts измерения 10 М дали:
9'999'995.749'5969'999'995.749'5829'999'995.749'553Нестабилен аж пятый знак после запятой. Конечно, усреднением это не сделать, потому что теряется весь смысл долгих наблюдений, любые флуктуации скомпенсируются.
Поэтому сразу начинаем вторую версию, логичнее всего через TDC во 2 режиме (ок, во всех чипах он называется так): считаем фронты клока в течение секунды + уточняем фазы фронтов 1PPS сигнала через TDC с точностью 20 пикосекунд.
Надеюсь, кому-то сэкономлю время, хаха.
🔥15❤7😁2❤🔥1
ДАТЧИК МОЛНИЙ AS3935
Если в вашей метеостанции уже много бесполезных, но прикольных датчиков — самое время добавить ещё один!
Те, кто меня давно знают, помнят мою иррациональную любовь к фирмам типа Linear и ams. В их портфолио нет стандартных NE555, зато есть всякие странные чипы, которые рождаются или по заказу, или "потому что это весело". Так и тут: кажется, кому вообще могла прийти идея выпускать такой датчик в серию.
Инфы о нём даже в Рунете полно; просто хочу напомнить.
Он слушает эфир колебательным контуром на 500 кГц, ловит импульсы, встроенным man-made (а не эти ваши ИИ; да, они реально это отмечают в даташите) алгоритмом отсеивает шум, и ~оценивает расстояние до молний. Триангулятор молний, как тот потрясающий проект на Хабре habr.com/ru/articles/211701/ на нём вряд ли получится, туда всё же лучше SDR, но эта штука — как продвинутый грозоотметчик Герца/Попова.
Конечно, даже рядом лежащий телефон портит приём, и датчик сообщает об этом. Поэтому настройка контура + экранирование от БП/ламп + размещение подальше от двигателей лифтов.
А иначе даже в ясный день он будет "гроза, я чую грозу!"
Для отладки есть эмулятор грозы. Так и вижу у Зевса в руке пульт с кнопками: далёкая/средняя/близкая гроза :)
Если в вашей метеостанции уже много бесполезных, но прикольных датчиков — самое время добавить ещё один!
Те, кто меня давно знают, помнят мою иррациональную любовь к фирмам типа Linear и ams. В их портфолио нет стандартных NE555, зато есть всякие странные чипы, которые рождаются или по заказу, или "потому что это весело". Так и тут: кажется, кому вообще могла прийти идея выпускать такой датчик в серию.
Инфы о нём даже в Рунете полно; просто хочу напомнить.
Он слушает эфир колебательным контуром на 500 кГц, ловит импульсы, встроенным man-made (а не эти ваши ИИ; да, они реально это отмечают в даташите) алгоритмом отсеивает шум, и ~оценивает расстояние до молний. Триангулятор молний, как тот потрясающий проект на Хабре habr.com/ru/articles/211701/ на нём вряд ли получится, туда всё же лучше SDR, но эта штука — как продвинутый грозоотметчик Герца/Попова.
Конечно, даже рядом лежащий телефон портит приём, и датчик сообщает об этом. Поэтому настройка контура + экранирование от БП/ламп + размещение подальше от двигателей лифтов.
А иначе даже в ясный день он будет "гроза, я чую грозу!"
Для отладки есть эмулятор грозы. Так и вижу у Зевса в руке пульт с кнопками: далёкая/средняя/близкая гроза :)
❤11🔥8⚡6👏3❤🔥1