Здравствуйте.
У нас шефу понадобился калибровочный стенд для оптических модулей счетчиков пыли. Чтобы снимать распределение частиц по размерам.
Для этого надо поставить порядка 50-ти компараторов и на каждый прикрутить по 24-битному счетчику. Ну , допустим, можно взять горстку счетверенных компараторов. Но счетчиков, боюсь будет уже не горстка, а большая куча. Значит надо их запихивать в ПЛИС.
ВОПРОС:
Куда посоветуете запихнуть такое количество счетчиков. Какую серию/сколько корпусов будет оптимально по цене, причем хотелось бы обойтись без BGA.

Да в какой-нибудь младший Spartan от Xilinx, например. Для самих счетчиков требуется всего 1200 триггеров.

Какая длительность импульса? Вряд-ли меньше микросекунды. А в этом случае можно обойтись одним аккумулятором и встроенныой в любой кристалл памятью. Все равно нужно каким-то образом еще городить логику считывания результатов. Но можно и в лоб. Вариантов, в общем, куча.

А еще можно взять не компараторы, а АЦП и строить гистограмму. Если частота событий небольшая, может и микроконтроллера хватит, т.е. можно будет вообще на все одной микросхемой обойтись и без FPGA. Нужно всего-то 150 байт памяти на хранение результата.

В таких системах длина импульса может быть несколько микросекунд. И нужно померить максимум. Но быстрый детектор максимума обсуждается в другой ветке, а в этой - FPGA

P.S. Конечно, чтобы не отходить от темы - можно поставить быстрый flash-АЦП, после которого FPGA Или DSP c АЦП, работающим на частоте в несколько мегагерц, Но это уже offtopic.

6 битный АЦП всяко меньше места займет, чем компараторы. И проводов меньше. В конце концов, внутри FPGA можно декодировать снова в 50 сигналов.

Да, конечно, но в этом случае, чтобы строить гистограмму, выход АЦП нужно не распараллеливать на 50 сигналов, а непосредственно адресовать ячейку памяти в FPGA

В общем, нужно понять, какое свойство какого именно сигнала человек хочет измерить, а потом подбирать самый простой путь решения такой довольно простой задачи.

P.S. Вообще, кто знает - может быть у него 50 оптических каналов?

Любой циклон от альтеры.

По поводу АЦП Oldring правильно сказал - там очень малая длительность импульса. Собственно 50 компараторов - это и есть параллельное АЦП. Но с АЦП я не смогу так быстро считывать информацию в микроконтролер. Стоимость одного компаратора AD - примерно один доллар х50 - вполне приемлемо - считай даром .
Десять корпусов - тоже приемлемо. Может и можно другой огород городить, но неохота. Макет то будет один, ну может быть два. Здесь цена вопроса - не главное.
То есть что, на самом деле все это влезет в одну не самую большую ПЛИС? Реально?

Да сами посмотрите. Все абсолютно реально.

http://www.xilinx.com/products/silicon_sol...iew.htm#s3table

P.S. Только не забудьте, что если делать в лоб - возможны будут множественные срабатывания на одной частице, из-за немонотонности импульса. Поэтому правильно - сглаживание импульса аналоговым фильтром на входе, измерение импульса при помощи достаточно высокочастотного АЦП или пикового детектора, выделения импульса от одной частицы, учет частицы в нужном канале счетчика. В принципе, эта вся обработка легко реализуется в FPGA.

Большое спасибо за советы. Я сам не буду. Потому что не умею. Хоть и заказал себе для самообразования книжку по ПЛИС, но как известно первый блин будет комом. Поэтому лучше обращусь к профессионалам. Если есть желающие поучаствовать в разработке в части программирования ПЛИС или рекомендации, я с удовольствием рассмотрю предложения. ИМХО для тех кто умеет - делов на пару часов, а мне самому две недели разбираться, и то - накосячу.

PS. Oldring - а Вы печатаете как метеор! Я еще правку не закрыл как увидел ответ

Возьмите скоростное АЦП и один компаратор для запуска, считывайте результат в ПЛИС - сэкономите кучу времени на отладке и борьбе с помехами от срабатывающих компараторов на аналоговый вход.

Мысль хорошая. Но тут надо долго и напряженно думать. Если делать тысячу или сотню - имело бы смысл. Поскольку речь идет о двух штуках по моему проще сделать в лоб. И есть еще одно соображение:
ДАЛЬШЕ ИДЕТ OFFTOP - ОБЪЯСНЕНИЕ ПОЧЕМУ ТАК, А НЕ ИНАЧЕ, МОДЕРАТОРЫ, ПРОСТИТЕ ВЕЛИКОДУШНО:
Счетчик сделан следующим образом. Стоит кювета, в ней стоит лазер поперек потока. В третьей плоскости тоже поперек потока стоит приемник. Примерно так, плюс -минус нюансы типа выбора угла, иногда ставят два приемника и схему совпадения и тд. Пролетает пылинка - свет лазера на ней преломляется - на фотоприемнике - импульс. Чем больше частица - тем больше амплитуда. Сигнал поступает на компараторы (в нашем случае 5 штук) и срабатывания считаеют счетчики.
Так как же откалибровать прибор? Берем эталонный счетчик и начинаем гонять методом проб и ошибок подбирая пороги на компараторах так, чтобы распределение частиц было как у эталона. На это может уйти целый рабочий день, а иногда и больше.
Поэтому решили сделать стенд, чтобы один раз подать эталонную пыль на кювету и эталонный счетчик. Снять распределение для данной кюветы по порогу срабатывания компараторов. Затем сопоставляем данные с эталоном, и путем несложных арифметических расчетов определяем величины порогов для пяти компараторов счетчика. Записываем их на бумажку и приклеиваем ее на кювету. При настройке прибора больше не подбираем пороги компараторов, а устанавливаем по приклееной бумажке. Тем самым радикально экономим время для оператора.
ПОЭТОМУ лучше все таки компараторы - чтобы принцип при определении порогов был таким-же как в изделии.

Странная конструкция изделия. Почему не сделать на современной элементной базе? Поставив вместо компараторов и счетчиков в прибор АЦП и прошив калибровку в память контроллера? Или все упирается в то, что придется заново все сертифицировать, а потребность в пылемерах - мизерная? Все-таки прав был DS когда-то: в России есть куча бумажек, но нет приборов. Но это уже полный offtop.

Лучше, конечно, подобные вопросы задавать в отдельной теме в "Измерениях". IMHO "для данной кюветы" нужно настраивать компараторы по источнику эталонного напряжения. Один раз оцифровав импульсы какой-нибудь платой с АЦП. Просто проверив потом один раз, что не промахнулись. Вам бюджет выделен на создание стенда, или это личная инициатива?

По FPGA: чтобы сделать совсем в лоб - ставьте минимум XC3S200. Это второй после младшего. Чтобы количество логических ячеек более чем с двукратным запасом превышало количество считаемых разрядов. Иначе потребуется немного подумать. Если есть немного лишних денег и нет желания самому разбираться в тонкостях программирования FPGA - пишите в личку.

Есть еще более простой путь. Поставьте рядом 10 Ваших серийных пятиканальных счетчиков с настроенными по-разному компараторами

Если хотите дальше обсуждать, почему - давайте, действительно перемещать тему. Я 20 лет тому назад участвовал в проектировании такой системы для разведывательного самолета-лаборатории. Как раз за электронику отвечал. Так вот, весьма плохо коррелирует такой отклик с размером пыли. Очень силно зависит от ее ориентации, формы, типа и т.д.
На канадском приборе, который неизвестно (вернее, как раз известно) как в СССР попал и стоял в тот момент на самолете, была фотодиодная матрица 8 на 4 элемента и несколько линз. Этот прибор мерил размеры частиц на порядок достовернее. Когда в самолет молния попала мне довелось его перебирать, и мучиться с заменами микросхем на советские аналоги, так что я его хорошо изучил.
Еще замечу, что время пролета частицы через луч на самолете неизмеримо меньше, скорость то ведь 600 - 900 км/ч. И ничего, справлялся канадский прибор.
Сейчас такие матрицы копейки стоят. А с одним фотодиодом Вы будете измерять лунные фазы, влажность воздуха и еще кучу всего вместо размера пылинок.

Да такие приборы не только на разведывательных самолетах стояли. Для метеорологических самолетных исследований тоже использовались. Причем, они были разные. И по амплитуде импульса от пролетающей частицы, пересекающей лазерный луч. Как-то калибруют это все и используют, как - я не разбирался детально. Для жидких аэрозолей - понятно как, все хорошо считается. Используют ли их для твердых частиц - не скажу. Но электроника была именно такая: пиковый детектор и что после него уже не помню. И посложнее - стояла одномерная матрица, подсвечиваемая также лазерным лучем, а развертка по второй координате получалась за счет перемещения самой частицы в воздушном потоке относительно прибора. Люди, закупавшие приборы, были опытными - закупили сразу несколько комплектов всех буржуйских микросхем. Судя по всему, в какой-то момент бабла много было выделено. Вот там, действительно, форма кристаллов была хорошо видна. А что можно сказать по рассеянному потоку от пылинок? Разве что только для "эталонной пыли"

Точно, у Вас память лучше - там линейка была а не матрица, обработка сигналов просто в группы была собрана. Она запускалась от перекрытия любого диода и с услителей-формирователей запомнались длительности сигналов. По количеству сработавших каналов и длительностям делался вывод о размерах. Если записать сигналы, можно было увидеть форму пылинки.
Калибровалось с помощью банок с эталонными стеклянными (а может пластиковыми ?) шариками, которые смешивались в известной пропорции и с помощью пульверизатора и пылесоса продувались через прибор.
А прибором с одинм фотоэлементом считали уровень запыленности без контроля размеров, потом коррелировали с прибором, который размер измерял.

Да, почти. Как раз, чтобы записывать форму, и использовали прибор главным образом. Назывался PMS 2-D. Да, мелкие калиброванные шарики продували Про такую тонкость я уже немного забыл.

А у FSSP все-таки хоть и один был оптический канал (или два?) - все равно стоял пиковый детектор, амплитуда оцифровывалась и подавалась на систему сбора в виде цифрового кода для учета. И строили гистограмму раcпределения размеров импульсов. Приборчики, насколько я помню, по 50 килобаксов стоили за штуку. Каждый - это подогреваемая подвешиваемая на пилоне дюралевая бомба, внутри которой были запихнуты дюжины две платок с электроникой.

Это Вы в ЛНИЦе на ИЛ 18 видели ?

Да, там.

FSSP, кажется, в двух поляризациях измерял и применялся для отличения капелек воды воды от снежинок и пылинок.

Да-да, именно так. Лед - он немного вращает поляризацию, в отличие от воды. Пылинки - не помню. Это и ловят. Светят гелий-неоновым лазером. Говорят, недавно даже запустился, несмотря на то, что по идее весь гелий должен был давно вытечь через стекло

P.S. Если я уже не забыл и речь шла именно про FSSP. Но какой-то прибор именно так и измерял.

Латекс называется
Решение действительно дубовое. По повторюсь: это НЕ ИЗДЕЛИЕ - это стенд для калибровки оптических модулей, которые ставятся в ИЗДЕЛИЯ.

Так изделия-то у Вас по тому же принципу. Так что по части размеров частиц это изделие является в чистом виде фуфлоскопом. И ведь небось метрологический сертификат имеет ?
Ну сами, подумайте, какой будет отклик, если вместо латексных шариков сажа того же размера ?

Это? http://www.eco-intech.com/aircon.html

Да, действительно, странно. Прибор, работающий на измерении рассейнного света, выдает показания в массовой плотности. Это-ж на каждый тип пыли должна быть своя калибровка...

Нет это не он. Приборы измерения массовой концентрации на рассеянии - это действительно фуфлометры.
Счетчик частиц тут - http://www.eco-intech.com/a3_10.html . Счетчик - ИМХО физически более "правильный" прибор. Кстати, проводил эксперимент. Если пересчитывать показания счетчика в массовую концентрацию, то получается более точное совпадение с весовым методом, чем на рассеянии света. Правда только на маленьких концентрациях пыли. Счетчики частиц в обычной квартире в центре Москвы уже зашкаливают (несколько частиц сливаются в один импульс) и начинают показывать ахинею.
Собственно не я это придумал. MetOne, LightHouse, Rfnomax, Fluke и многие другие делают приборы по этому принципу.

В приборах на свето рассеянии действительно на каждый тип пыли - своя калибровка.

PS. Давайте действительно пусть админы перенесут остаток темы не имеющий отношение к FPGA в метрологию

Делать надо на FPGA - это безусловно, причем делать цифровые фильтры на каждый вход. А результаты не спеша скидывать на микроконтроллер (для высвечивания на дисплеях, перекидывания по каналам связи в PC и т.д. и т.п)

Кювета слишком большая для этой концентрации?



Вот тут опытные люди обычно задают вопрос: какими испытаниями подтверждена точность прибора?

Другой вопрос, который у меня возник - что такое "размер пыли" для несферических частиц? Потому что 20% точности - это вдоль, поперек или в толщину? Для чешуек кожи, например? Поэтому очень любопытна применяемая в этой области терминологния, хоть мой интерес и праздный. "Общее количество частиц" в диапазоне чувствительности прибора плюс-минус лапоть - это еще куда ни шло, но можно ли говорить про какую-то точность по размерам? Каким образом обеспечивается одинаковость показаний всех этих приборов от разных производителей без перекалибровки каждого на каждый новый тип "образцовой пыли"? С учетом того, что длины волн применяемых лазеров могут быть немного разными?



P.S. Тема уже давно здесь

FPGA это хорошо но если изделие еденичное то цена разработки ??

Я не знаю какая вас частота оцифровки устроит и какое время требуется для измерени но ведь можно поставить в комп плату 8бит АЦП прописать ее выход а потом спокойно все вероятности посчитать.

Если частота до 100мгц то можно писать в память или райд масив, а стоимость платки будет менее 1к$.

Если частоты нужны под гигагерц (в этом сильно сомневаюсь) то придется городить более дорогое решение с памятью на борту платы оцифровки. И тут уже можно подумать о разработке своего устройства.

Дело в том, что на больших концентрациях пылинки начинают "сливаться". Скажем летят паралельно. Тогда система воспринимает две маленькие как одну большую или одну маленькую. Кстати этим очень грешат американские счетчики.

Вообще существуют стандарты. Для счетчиков частиц наиболее авторитетным является японский JIS B9921. Есть стандарты ANSI и ISO. На практике мы берем счетчик имеющий эти сертификаты, как бы эталонный, и сравниваем свой с ним. Подбираем пороги компараторов так чтобы наш показывал то же самое.



Размер пыли - эффективный диаметр. В оптических методах обычно диаметр шара, чья площадь поверхности равна площади поверхности частицы.


Слава админам. Только согласился, что нужно перенести, через пару минут она уже была здесь.


По поводу использования АЦП.
Сегодня сидели - думали. Скорее всего не пойдет. Смотрели осциллограммы пролета пылинок на нашем Tektronix 60MHz - длина импульсов - 1...5 сэмплов. Максимум не выловим.

А вот тут подумал. Может есть такая штука в природе. Ведь массив компараторов это по сути параллельный АЦП, только без выборки-хранения и регистра, где хрангится результат.
Может быть есть такое АЦП, где можно использовать только его компараторы?

В стандарте, наверное, изложены методы прямой калибровки?
Впрочем, не видя стандарта, конечно, обсуждать его бессмыссленно. Он где-нибудь есть в относительно свободном доступе? Любопытно...



Я вот сейчас задумался: а как определяли размеры ледянух кристаллов? Если это дендриты - то об их площади поверхности говорить сложно. Было бы сейчас у кого - спросил бы.

Да и пыль бывает с такой страшной поверхностью... Вулканическая, например.



Насколько я смог заметить, тему перенесли еще до Вашей просьбы



Ну а полоса пропускания аналогового тракта какая? Думаете, Ваши компараторы всегда успевают?

И скорость воздушного потока Вы, надеюсь, знаете хотя-бы примерно? Поток пересекает луч поперек? Значит, можно оценить время пролета луча и понять, успевает ли Ваша схема.

Насколько я понимаю, если кювета хорошо спроектирована - импульс от частицы должен быть достаточно длинным и с гладкой вершиной. Иначе частицы, пересекающие поле по краю будут занижаться.



Вряд-ли. В АЦП даже если стоит линейка компараторов - затем стоит шифратор, выбирающий максимальный компаратор. Иначе будет слишком много проводов. И этот шифратор должен тактироваться.

P.S. Быстрая численная оценка. Номинальный поток - 1.8 литра в минуту. То есть 30 кубиков в секунду. Считая сечение поперечное сечение потока в кювете 0.3 квадратного сантиметра (что вероятно занижено) получаем скорость потока - метр в секунду. Все в принципе нормально. Но это значит, что частица микронного жиаметр перемещается на величину своего диаметра за микросекунду. Ширина импульса вряд-ли может быть уже импульса от перемещения частицы на величину своего диаметра. В общем, что-то не сходится.

Кроме того, диапазон прибора - миллион частиц одного размера на литр. Мы знаем, что задолго до достиженимя диапазона наступает насыщение за счет слияния импульсов от отдельных частиц. Скорость потока - 1.8 литра в минуту. Пусть примерно половина потока пересекает луч, то есть диапазон - миллион частиц в минуту. Порядка 17 тысяч частиц в секунду. Если длина импульса будет меньше микросекунды - то вряд-ли импульсы будут сливаться достаточно часто чтобы полностью испортить измерения. Опять неувязка...

А какая скорость развертки была ? На максимуме 1 сэмпл - 1 нс, не поверю, что Ваш девайс может выловить импульсы в 1 - 5 нс.

Да, бред написал. Извиняюсь. Сам не видел, поверил словам инженера. На самом деле вот так они выглядят.Нажмите для просмотра прикрепленного файла и так Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ну такой импульс можно целиком оцифровать, скажем, на скорости 1 Мгц, найти максимум прямо в ПЛИС или контроллере и записать в соответствующую ячейку. И никакой внешней схемы синхронизации не надо. Кстати, мне кажется, что у Вас неправильно работает усилитель фототока, судя по форме сигнала.

Да, не так страшен черт, как его малютки.
Скоро выяснится, что на обычном ARM, задача решается легко и просто.

Повторю свое предложение пихни плату с ацп в комп на частоту 1мгц стоит баксов от 300.
Плюсы не надо осваивать плисы и процы и разводить плату.
Минусы размеры.

Таких импульсов больше полутора миллионов за пять минут! И все это надо оцифровать, выловить максимум и рассортировать по этим максимумам! Да это же в тысячу раз сложнее.

Ну во первых если плата с ДМА то можно и в реальном времени успеть.
Второе если писать то получится 300милионов отсчетов или 600мб вполне поместится в оперативке (обмолот данных думаю не займет более 1минуты).
Комп железка пусть считает (или вы за охрану труда персоналки?).

Еше один плюс сразу результат выводите на принтер в котором липкая бумага (вот вам и наклеечка на приборчик).

Это всего 5000 импульсов в секунду. Оцифровывать не нужно - это работа АЦП. А все остальное отлавливание импульсов и рассчет максимума тривиальны. Полмиллиона операций процессора на импульс для его обсчета хватит?