Сейчас сделал измерение по диапазонам, диапазон (смещение выбираю по 3мгц) результат в пределах 5 мм получается.
Попробовал по такому способу

что то не получается.
Если не сложно для примера можно прям в экселе формулу набросать может я что то перепутал.
Может еще есть какие способы хотел бы попробовать ?
Благодарю

Завтра посмотрю. Оптическая схема - основа лазерного дальномера. Одной электроникой 3 пикосекунды не вытащить

Продолжим.
Критерии выбора АЦП должны основываться на таких параметрах (в порядке очередности): входная полоса, частота тактирования, линейность (SFDR, THD), потребление, динамический диапазон (разрядность, SNR). Гнаться за разрядностью особого смысла нет, если есть эффективная система АРУ (нужна в основном на малых дистанциях). Достаточно, чтобы шумы приемной части, приведенные ко входу АЦП, превышали его (АЦП) собственные в несколько раз. С учетом того, что обработку можно сделать на FPGA, тактовую частоту АЦП желательно поднять, чтобы упростить цепь аналоговой фильтрации, сделать ее на LC элементах. По всем критериям, хорошим выбором будет двухканальная микросхема MAX19516, 10 бит, 100 МГц, полоса 850 МГц, потребление 56 мВт/канал. При тактовой частоте 100 МГц, рабочий диапазон частот можно сделать в пределах 60-80 МГц - этого достаточно, чтобы получить точность меньше 1 мм при хорошем отношении сигнал/шум, высокую скорость накоплений и стабильность измерений во времени и по температуре. По результатам испытаний, есть возможность перейти на более дешевую 8-битную микросхему АЦП MAX19506, совместимую по выводам. По FPGA - необходимо иметь запас встроенных умножителей, если Altera, то не менее EP3C16.

Благодарю попробую сделать плату с ацп.

Зависимость расстояния от фазы такое
r3МГц = -5095.01554444992` + 0.8344648850100617` x
r30МГц = -777.683641675845` + 0.07994800584756422` x
r45МГц = -826.5213006827157` + 0.053411515248924374` x
Для 2000мм получается
1977.91 2024.73 2001.62
Фазовый детектор сильно нелинейный, фазу надо двигать в ФПГА и держать в Пи/4

Благодарю.
Результаты по 3Мгц =1977.91 по 30Мгц = 2024.73 и по 45Мгц = 2001.62 правильно ? А например 3,2м какой результат получится, если не секрет в какой программе рассчитываете, если можно покажите файл с расчетом. Я сейчас в visual studio c# рассчитываю как то привычнее.

Результат такой
3195.39 3189.9 -308.91
Для 45 Мгц надо чего-то прибавить. Непонятно, чему равно фаза ПИ или ПИ/2. Надо знать количество импульсов на длину волны.
Программа -математика, но это неважно, можно в Екселе посчитать линейную регрессию
По фазе 45 градусов
r4545 = 2013.1212241977753` + 0.05352034084976974` x
Расстояние 3205.88 мм
На длину волны получается 424458 импульсов. Откуда эта цифра?

На длину волны в железе (655350 / 10) импульсов, после фильтров есть смещение, это смещение постоянно. измеряется фаза двух промежуточных частот она на графике экселе по оси Y.
А может не привязывать вычисление к длине волны и ПИ? а построить линейную функцию по XY при калибровке, мы же знаем на каком расстоянии находится пленка. А потом искать похожую точку в этой функции она и будет расстоянием. Можно как то так сделать ?

Держите фазу в одной точке средствами ФПГА. Это выполнимо. Фаза 45 должна быть Фаза 0 + Пи/4, а она Фаза 0 +константа+Пи/4. И где гарантия, что константа это константа?

Константа не меняется, может со временем измениться экспериментально проверю.

Тоже много констант получается длина волны которая тоже не совсем константа зависит от давления температуры.., еще одна константа ПИ. Наверно надежнее будет вычислять расстояние по зависимости или не так? Расстояние меняется знаем на сколько, фаза тоже видим по графику на сколько измениться эта зависимость будет одинаковая все время. правильно я мыслю ?

еще одна константа ПИ = 2^15/2^16.
Держите фазу в одной точке с точностью 1% средствами ФПГА . Тогда никаких неоднозначностей не будет. Получится 3 значения: расстояние, сдвиг ФПГА и фаза. Сделайте это.
длина волны которая тоже не совсем константа зависит от давления температуры.. это верно для больших расстояний (больше 1км).

Сейчас попробую. Нужно три значения с каждой частоты.
1 смещение фазы генератора в фпга которая будет зависеть от расстояния. будет удерживать угол 90 градусов двух промежуточных частот.
2 Так же как сейчас угол фаз двух промежуточных частот (но он уже меняться не будет или незначительно будет меняться)
3 расстояние на котором производилось измерение.
правильно не совсем понял что это даст ?

Опорный сигнал идёт на лазер и на фазовый детектор(ФД),куда заходит сигнал с фотодиода. ФПГА вместо опорного сигнала на фазовый детектор подаёт сигнал со сдвигом, чтобы разность фаз на детекторе была Пи/4. Из какой частоты формируется сигнал 45 или 30МГц? Если эта частота 160МГц, то разрешение ФД около Пи/4 Пи/5 и о линейности ФД надо забыть. Фактически надо опорную частоту уменьшать,частоту ФПГА на максимум, тогда линейность ФД будет хоть какая-то. Как-то так.

Нарисую потом схему а то не понятно что куда. По такому методу скорее всего не получиться в такой схеме вычилить точно расстояние. Лучше получается результат если использовать 3мгц как переключатель диапазона.
С фотодиода сигнал идет на смеситель. Частоты можно любые использовать 300мгц, пробовал разные использовать но это сильно не влияет.

Цыклон 3й тянет 420МГц без ДДР, с ДДР 840. Я же говорил про заполнение и про кратные частоты, но опять 3,30 и 45. Надо 3 и 7 или 7 и 17. Тогда линейность ФД 1%, а всё остальное остаётся
Главное - точность. Отношение сигнал шум. Уйдите от 3,30 и 45, потом и оптику доработаем (фотодиод и должен быть смесителем)

Да не будет работать нормально больше 300-400Мгц. вывести частоту больше 80Мгц на ножку проблематично. Метод который вы описали хорошо будет работать в теории matlab когда значения стабильны.
Какие еще есть способы?

Аргументируйте.

А зачем выводить? И как USb 480MHz работает? LVDS 2 е ножки
Насчёт шума я давно говорил, фазу надо держать в Пи/4 , запас по шуму больше


Есть электронный смеситель , есть оптический .Источник сигнала - фотодиод,там и надо гетеродин делать.

На циклоне 3 не будет работать. на 480Мгц. но это не важно давайте еще какиенибудь способы придумаем попробовать хочу.

Темы объединил.

Название "оптический" не верно, другое дело - если речь о модуляции светового потока. Поэтому давайте называть обычным смесителем, или модуляцией усиления APD. Почему никто не может ответить? Откуда взялись эти стереотипы? Мифы о шумных трансимпедансных усилителях простираются с 1981 года, когда и элементной базы не было подходящей. Уровень современных усилителей вырос настолько, что роль шумного элемента выполняет сам фотодиод. Даже связка pin-диод + трансимпедансный усилитель сегодня становится более предпочтительной по уровню шума (чувствительности), чем с APD.

Историю откуда такие название произошли не нашел, но поиск на английском дает много результатов. Действительно много рулеток (бытовых ) работают по такому принципу. Сигнал с pll идет на фотодиодapd а с выхода идет на вход смесителя.
А лчм кто нибудь использовал в лазерном дальномере какие ньансы ?

Идея с быстрым АЦП очень интересна. Как бы проверить?
Может, провести моделирование?
Взял
f1 = 11 МГц частота на лазер
f2 = 1.09 частота АЦП
w = 100*(f1*f2) количество точек до повтора
Значения с АЦП Sin[2.*Pi*(j/f2)*f1]
Получилось

На практике проверено. И думаю не последнюю роль играет суммарная задержка от момента формирования до момента перевода в цифру. На высокой частоте задержка в электронной части исчисляется 20-80 нс, на низкой - 1-100 мкс, в зависимости от частоты переноса. А желаемое разрешение составляет около 1-5 пс. При наличии второго канала задержка компенсируется, но вот точность будет разного порядка. Результат получается более стабильным и предсказуемым, не нужно многократно переключаться между несколькими частотами, в попытках усреднения по нескольким разным измерениям, достаточно двух частот: высокая + высокая или низкая + высокая. Первый вариант мне более предпочтителен, позволяет работать с фотодиодами с большой апертурой на высокой частоте в резонансном режиме, но это уже отдельная тема.

Что очень хорошо - снял около 1000 точек в буфер, причём заранее всё известно, частота в фурье известна, фильтр тривиальный, посчитать надо только фазу! Абсолютная линейность + улучшение сигнал - шум за счёт 1000 точек. 0,5 мм получится на коленке. Основная задержка в фотодиоде, но побороться можно.

С ацп сделаю плату для эксперимента. но для этого нужно время. В моделировании таких схем результат будет хорошим, там нет шума и много чего нет в железе будет хуже.
Это схема тоже неплохая получилось. вполне может работать и результат неплохой. Если есть мысли как можно еще рассчитать расстояние по тем данным?

С шумом я проверю,но за счёт усреднения по ~1000 точек должно быть лучше раз в 32. расстояние по тем данным? Какие данные? там где фазы 30 МГц 45 и 3? Там точность низкая.

Все хорошо работает почему сразу низкая, результат приемлемый точность 5мм на край 10мм для первой версии конструктора можно получить, просто нужно подумать как сделать правильнее это лучше . Вот сигналы которые поступают на плис.видево Говорите мысли будем пробовать )))

Фазовый детектор,работающий по фронтам очень чувствителен к сбоям.В этом смысле АЦП в режиме стробоскопа гораздо помехоустойчивей,так как частота известна (ПЧ), она низкая и точек 1000-2000-3000 и т.д. Сколько памяти есть. И нет никаких промежуточных констант, всё известно с точностью до одного такта PLL. Не знаю полосу пропускания АЦП в STM32 , но такого должно хватить
f1 = 11 Высокая частота
f1 = 1,1 Низкая частота
f2 = 1.01; Частота АЦП (стробоскоп)
Получается

Плату с ацп сделаю, в схеме менять ничего даже не нужно можно просто добавить в фильтр некоторые изменения и ацп. то которое порекомендовали. Сейчас пока с этим нужно тоже попробовать улучшить, дело в том что тут тоже схема стабильна на видео видно гляньте может еще мысли появятся )

Почему фронты так сильно дрожат, даже по опорному каналу? Что используется в качестве компаратора? Напишите подробно о всей цепочке прохождения сигнала. Уж не внутри ли FPGA умножаете до 100 МГц и используете для счета?


С позволения, добавлю еще несколько комментариев по структуре. Необходимо внимательно отнестись к развязке между каналами. Двухканальный АЦП был предложен с точки зрения экономии по стоимости и потреблению. Может быть, две отдельные микросхемы окажутся лучше с точки зрения взаимного влияния, когда нет достаточного опыта в проектировании подобных систем. В качестве кварцевого генератора хорошо поставить ABLNO-V-100.000MHZ-T2, а для формирования частот - LMX2571. Могу предложить структуру аналоговых фильтров, не требующих настройки (ФНЧ, ПФ). Это рекомендации по пройденным этапам. Если есть желание, готов согласовать схему и топологию, чтобы помочь избежать многократных итераций.


Полоса не большая, не знаю, можно ли рассчитывать на оверсемплинг. Основной недостаток - плохая ЭМС внутри кристалла, есть пораженные частоты, работа на которых не желательна.


В СВЧ использовал, там ему и быть. Имеет смысл, если есть отражения от нескольких объектов, обработка и схемотехника на порядок сложнее, а точность меньше, сигнал больше импульсный, задачи другие.

Промоделировал с сигнал-шум аж до 5. Всё просто великолепно. Можно ещё фурье выкинуть,слепить примитивный калмановский фильтр и всё. Нужны несколько больших сумматоров,бит на 40. Копим сигнал, при нужном качестве останавливаем счёт. sergey sva давайте АЦП! XOR - нет!


В Цыклоне 3 PLL хороший

Ютьюб видимо немного улучшает видео поэтому кажется дрожание больше . Если про выбросы то это от осциллографа наверно, другим осциллографом нет этих выбросов они не на что не влияют.
Эти сигналы прошли через модулятор лазер фотодиод смеситель фильтры .. идеального сигнала в этом случае не будет. Рулетки смотрел там намного хуже сигнал.
Сигналы дрожат одинаково, то есть оба сигнала дрожат одинаково поэтому дрожания почти не заметно при измерении.
Благодарю обязательно напишу когда с ацп буду экспериментальную плату. Но от этого цена измениться, в этом случае цена 10-15р штучная сборка. если несколько штук будет меньше.
Частоты не высокие 11khz компаратор можно любой поставить, в схеме нет дорогих высокочастотных элементов. измерение фазы в fpga хотя такую частоту можно и любым микроконтроллером измерить.
Буду пока пробовать по такому методу, зачем увеличивать цену если и так работает. С ацп можно сделать другого класса точности в будущем, в схеме останется то что есть и еще добавиться ацп. Напишу когда за это возьмусь мне просто самому еще интересно поэкспериментировать.))
Если возникнет мысль как рассчитать по такому принципу пишите, частоту можно менять на видео лазер модулирован 45мгц. в ближайшее время сниму с 50м точки.

Ютуб не при чем, и про выбросы не говорил, дрожит желтый сигнал, задний и передний фронты, относительно момента синхронизации. Если это опорный сигнал, то такого не должно быть. Сигнал должен стоять как вкопанный, отношение сигнал-шум максимальное. Если опорный сигнал синий, поставьте синхронизацию на него и повторите измерения.
Не услышал, что творится с сигналом после смесителя и как получается частота, на которой считается? Кварцевый генератор есть? Какой? Как он подключен? Есть буфера?
Одним словом лучше выкладывать схему, все равно она не рабочая, о коммерческом использовании не может быть и речи.


Не частота там измеряется, а задержка. Точность в несколько единиц пс не под силу FPGA и тем более микроконтроллеру. Но дело даже не в этом.


Во-первых, PLL плохой - это касается любых FPGA. Во-вторых - внутри любого FPGA огромное число помех, нельзя внутри делать какие-либо времязависимые измерения, в цифре вычислять - пожалуйста. В крайнем случае, нужно было поставить по одному D-триггеру до FPGA, с чистым (от кварцевого генератора) сигналом на тактовом входе. Даже, если просто подать на FPGA чистый сигнал, пропустить его без изменений внутри и вывести наружу, он будет зашумлен настолько, что волосы дыбом встанут. Измерял, поверьте.

Хорошо нарисуем.

Не надо.(ИзБелого Солнца Пустыни ) И так всё ясно. Делайте с АЦП, с ФПГА поможем.


В Цыклоне 3 PLL хороший

Прибор есть, называется E5052B, им и смотрел.

Я смотрел фурье по 128к отсчётам 12бит , сигнал 2,5МГц от генератора HP и по кварцу( типа 25,99999 МГц) . Результирующая точность мне нужна была 4ГГц. Цыклон 3 её выдал

На видео два сигнала 11кгц зачем там пс изменение фазы этих сигналов на 360 градусов происходит каждые 3.75м
Вопрос актуален может появяться свежие мысли по методу вычисления расстояния, данные в экселе.

Да, по частоте точность будет, на то он и PLL. А фазовые шумы - мягко говоря не очень. Измерять то надо задержку, а не частоту.

XOR - нет! Забыли про это

Частота измерения фазового смещения f1 f2 120Mhz f1=f2=11khz. Точность зависит от интервала на котором происходит подсчет. Данные без фильтров записаны в эксел файле.

Согласен, чуть похуже точность нужна, в соотношение раз преобразования. Вы случаем с mcheb не связаны трудовыми обязательствами? Подозрительно высокая степень осведомленности и влияние на направление разработки.

Нет не забыл, нельзя просто отбрасывать если моно еще покумекать. Уверен что это тоже будет работать, если использую 3 Мгц как переключатель диапазона работает. Нужно сравнить разные методы с пи и там где много констант хуже. Что еще сравнить?


Нет не связаны
Дальномеры давно придумали и если по работе с ними часто приходится сталкиваться будет понятно все. У меня не очень много опыта 1.5 -2 года загорелся этой идеей.

Как не трудно заметить,я упорно продвигаю частоты простые, а ТС упорно двигает 3 30 и 45. Это подозрительно


Нет частоты 3 Мгц есть частота 293/10 МГц Дальше простая арифметика

Ооо а если взять Ггц )) будет еще лучше и вместо простых элементов запаять дорогие широкополосные.

Возможно я пропустил, вы измеряете задержку путем вычисления фазового сдвига на PLL, при захвате входной и опорной частот? Или просто считаете количество периодов частоты 100 МГц? Сложно о чем-то говорить, не видя перед собой структурной схемы. Принципиально это ничего не меняет, в FPGA на сигналы наводится много помех.

Есть помехи но они компенсируются схемой. да на 120Мгц. Извеняйте писать пока не буду, свежих мыслей пока нет, буду экспериментировать. Схему нарисую потом.

Если помехи разные, они ничем не компенсируются. Ладно, если случайные с гауссовским распределением, а если нет? Как тогда накапливать?

По текущей схеме мое мнение остается прежним - искать причину дрожания фронтов, в первую очередь по опорному сигналу, не должно быть так. Что является слабым звеном: компаратор, FPGA, кварцевый генератор или что-другое, искать придется самостоятельно.

45 МГц, 30 МГц и другие тоже получаются внутри FPGA? Осциллограмму можете привести, до лазера?
Кстати, не стоит ограничиваться семейством Cyclone-III. Если дело в выводном корпусе, то могу сказать, что запаиваю FG256 с миллиметровым шагом феном вручную, получается проще и удобнее. Как насчет перехода на Cyclone-V или Artix-7? Потребление меньше, быстродействие выше, есть DSP блоки с 48/64-битной арифметикой.