1. Аналоговий або цифровий осцилограф?
2. USB-осцилографи
3. Важливі характеристики осцилографів
4. Ще по цій темі

Продовжую, розпочату в попередній статті серію публікацій, присвячених осцилографа. Сьогодні я розповім про те які основні типи осцилографів бувають, розповім про їх переваги та недоліки, розгляну основні характеристики осцилографів і постараюся дати поради з приводу того, як підібрати інструмент, відповідний важливість справ.

Вибрати новий осцилограф може виявитися досить складним завданням, оскільки в даний момент на ринку представлено досить багато моделей. Ось деякі основні моменти, які допоможуть вам прийняти правильне рішення і зрозуміти, що вам дійсно необхідно.

Перед тим як зібратися купити новий осцилограф, постарайтеся відповісти для себе на наступні питання:

1. Де ви збираєтеся використовувати прилад?
2. Сигнали в скількох точках схеми вам буде потрібно вимірювати одночасно?
3. Яка амплітуда сигналів, які ви, як правило, вимірюєте?
4. Які частоти присутні в вимірюваних вами сигналах?
5. Вам необхідно вимірювати періодичні або поодинокі сигнали?
6. Досліджуєте ви сигнали в частотній області і чи потрібна вам функція швидкого перетворення Фур'є?

Аналоговий або цифровий осцилограф?

Ви можете все ще бути шанувальником аналогових приладів, але в сучасному цифровому світі їх особливості не можуть зрівнятися з можливостями сучасних цифрових запам'ятовуючих осцилографів. Крім того, в аналогових моделях може застосовуватися застаріла технологія з дуже обмеженими можливостями. Також можуть виникнути проблеми з наявністю запчастин.

аналоговий осцилограф

Перевагою аналогового осцилографа є відсутність шумів, що мають по звий суті цифрову природу, а саме відсутній шум АЦП, який проявляється у вигляді ступінчастою осцилограми на цифрових приладах. Якщо для вас дуже важлива точність в передачі форми досліджуваного сигналу, тоді ваш вибір - аналоговий прилад.

цифровий осцилограф

Переваги цифрового осцилографа очевидні:

Цифрові осцилографи також дають можливість для високошвидкісного збору даних і можуть бути інтегровані в системи автоматичного тестування (актуально для виробництв).

Також, часто цифрові прилади можуть включати в одному корпусі додаткові пристрої:

• Цифровий (логічний) аналізатор (ці пристрої дозволяють плюс до всього аналізувати пакети цифрових даних, наприклад переданих через різні інтерфейси I2C, USB, CAN, SPI та інші)
• Генератор функцій (сигналів довільної форми)
• Генератор цифрових последовательносетй

Якщо осцилограф виконаний у вигляді переносного пристрою, то часто він поєднується з мультиметром, їх ще називають скопметрамі (іноді дуже навіть з непоганими характеристиками). Незаперечною перевагою таких пристроїв є незалежність від мережі живлення, компактність, мобільність і універсальність.

Осцилограф-мультиметр (скопметр)

USB-осцилографи

Осцилографи на базі ПК, або як їх ще називають, USB-осцилографи, стають все більш популярними, оскільки вони дешевші за традиційні. Використовуючи комп'ютер, вони пропонують переваги великого кольорового дисплея, швидкого процесора, можливості збереження даних на диск і роботи на клавіатурі. Іншим великою перевагою є можливість швидкого експорту даних в електронні таблиці.

Серед USB-приставок часто трапляються справжні комбайни, які поєднують кілька пристроїв в одному корпусі: осцилограф, цифровий аналізатор, генератор сигналів довільної форми і генератор цифрових последовательносетй.

Ціною зручності і універсальності є гірші характеристики, ніж у їх автономних побратимів.

Осцилограф-приставка

Важливі характеристики осцилографів

Розберемо на які характірістіки приладів слід звертати увагу при виборі осцилографа.

1. Смуга пропускання (bandwidth)

Вибирайте осцилограф, що має достатню смугу пропускання, яка б захоплювала верхні частоти, що містяться в вимірюваних вами сигналах.

Смуга пропускання є, мабуть, найбільш важливою характеристикою осцилографа. Саме вона визначає діапазон сигналів, які ви плануєте досліджувати на екрані свого осцилографа, і саме цей параметр, в значній мірі впливає на вартість вимірювального приладу.

АЧХ осцилографа

Для осцилографів з пропускною здатністю 1 ГГц і нижче, амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) пристрої вдає із себе, так звану, гаусову АЧХ, яка є АЧХ однополюcного фільтра нижніх частот. Цей фільтр пропускає всі частоти нижче деякої (яка і є частотою пропускання осцилографа) і пригнічує всі частоти, присутні в сигналі, що перевищують цю частоту зрізу.

Частота, на якій вхідний сигнал послаблюється на 3 дБ вважається смугою пропускання осцилографа. Ослаблення сигналу на 3 дБ означає приблизно 30% амплітудної помилки! Іншими словами, якщо на вході осцилографа у вас 100 МГц синусоїдальний сигнал, а смуга пропускання осцилографа також 100 МГц, то вимірюється напруга розмаху амплітуди величиною в 1В за допомогою цього осцилографа складе близько 700 мВ (-3 дБ = 20 lg (0.707 / 1.0) . У міру того, як частота вашої синусоїди буде підвищуватися (при збереженні постійної амплітуди), яка вимірюється амплітуда знижується. Таким чином, не можна провести точні вимірювання сигналів, які мають високі частоти поблизу частоти пропускання вашого осцилографа.

Так як же визначити необхідну пропускну смугу приладу? Для вимірювань чисто аналогових сигналів необхідний осцилограф, який має заявлену смугу пропускання, по крайней мере, в три рази вище, ніж найвищі частоти синусоїдальних хвиль, які вам, можливо необхідно буде виміряти. В 1/3 від величини смуги пропускання осцилографа, рівень ослаблення сигналу мінімальний. Для того, щоб виміряти більш точно, використовуйте наступне правило: ширина смуги пропускання, поділена на 3 - це приблизно 5% помилка, а поділена на 5 - 3% помилка. Іншими словами, якщо ви будете вимірювати частоти 100 МГц, вибирайте осцилограф, по крайней мере, 300МГц, а найкраще 500МГц. Але, на жаль, це спричинить за собою збільшення ціни ...

А як щодо необхідної смуги пропускання для цифрових додатків, де в основному і використовуються сучасні осцилографи? Як правило, потрібно вибирати осцилограф, який має пропускну здатність, принаймні в п'ять разів більше, ніж частота процесора / контролера / шини у вашій системі. Наприклад, якщо максимальна частота в власних проектах становить 100 МГц, то ви повинні вибрати осцилограф із смугою пропускання 500 МГц і вище. Якщо осцилограф відповідає цьому критерію, він зможе захопити до п'ятої гармоніки з мінімальним загасанням сигналу. П'ята гармоніка сигналу має вирішальне значення у визначенні загальної форми ваших цифрових сигналів. Розгляну приклад: 10 мегагерцовий меандр складається з суми 10-ти мегагерцового синусоїдального сигналу + 30-ти мегагерцового синусоїдального сигналу + 50-ти мегагерцового синусоїдального сигналу і т.д. В ідеалі потрібно вибирати прилад, який має смугу пропускання не нижче частоти 9-ої гармоніки. Так, що якщо основні сигнали з якими ви працюєте - це меандри, то краще взяти прилад з пропускною здатністю не менше 10 кратної частоти ваших меандров. Для меандров 100МГц, вибирайте прилад 1 ГГц, але, на жаль це значно збільшить його вартість ...

Якщо ви не будете мати під рукою осцилограф з належним значенням смуги частот, то при дослідженні сигналів прямокутної форми, ви побачите на екрані закруглені кути замість чітких і ясних країв, що характеризують високу швидкість наростання фронту імпульсу. Цілком очевидно, що таке відображення сигналів, в цілому негативно впливає на точність виконуваних вимірювань.

Спотворення форми сигналу при недостатній смузі пропускання (на вході - прямокутний сигнал)

Меандри мають досить круті тимчасові підйоми і спади. Є просте правило, щоб дізнатися необхідну смугу пропускання для вашого приладу, якщо ці підйоми і спади важливі для вас. Для осцилографа з пропускною здатністю нижче 2.5ГГц, крутий підйом (спад) може вимірюватися як 0.35, поділене на ширину смуги частот. Так, осцилограф 100МГц може вимірювати підйом до 3.5нс. Для осцилографа від 2.5ГГц до 8ГГц, використовуйте 0.4, поділене на ширину смуги частот і для осцилографів вище 8ГГц, використовуйте 0.42, поділене на ширину смуги частот. Якщо ваш підйом є початковою точкою для обчислень, то використовуйте зворотну схему: якщо вам потрібно виміряти підйом 100пс, вам необхідний осцилограф із смугою пропускання 0.4 / 100пс = 4ГГц.

2. Частота дискретизації (sample rate)

Вибирайте осцилограф, що має достатню частоту дискретизації по кожному з каналів, для того щоб забезпечити заявлену смугу пропускання пристрою в реальному часі.

Також цей параметр іноді називають частотою вибірки або частотою семплювання.

Тісно пов'язаною з пропускною здатністю осцилографа в режимі реального часу є його максимально допустима частота дискретизації. «У реальному часі» означає, що осцилограф може захоплювати і відображати один раз отримані (що не повторюються) сигнали, співмірні з пропускною здатністю приладу.

Щоб перейти до визначення частоти дискретизації, необхідно пригадати теорему Котельникова (на заході більше відома як теорема Найквіста-Шеннона або теорема відліків), в якій мовиться, що в разі,

якщо аналоговий сигнал має обмежену ширину спектра, то він може бути без втрат однозначно відновлений за своїми отсчетам, узятим з частотою, де - максимальна частота, якої обмежений спектр сигналу і його можна представити у вигляді ряду

де і інтервал дискретизації задовольняє умові

Якщо ж максимальна частота в сигналі перевищує половину частоти дискретизації, то відновити сигнал без спотворень неможливо.

Помилковим буде вважати, що - це і є частота пропускання осцилографа При такому припущенні, мінімальна необхідна частота дискретизації для осцилографа для заданої смуги пропускання є лише подвоєною пропускною здатністю осцилографа в режимі реального часу.

Спотворення частотні складові, коли смуга пропускання осцилографа дорівнює половині його частоти дискретизації для випадку гаусом АЧХ

як показано на малюнку, це не те ж саме, що, якщо, звичайно, фільтр осцилографа не працює як цегляна стіна (не буде відрізати частоти вище різко до нульової амплітуди).

Як я вже згадував, осцилографи з пропускною здатністю 1 ГГц і нижче, як правило, мають гауссову частотну характеристику. Це означає, що, хоча осцилограф послаблює амплітуду сигналу з частотами вище точки -3 дБ, він не повністю усуває ці вищі частотні складові. Спотворені частотні складові показані червоною штрихуванням на малюнку. Тому завжди вище, ніж смуга пропускання осцилографа.

Рекомендується вибирати максимальну частоту дискретизації осцилографа, по крайней мере, в чотири-п'ять разів вище, ніж смуга пропускання оціллографа в режимі реального часу, як показано на малюнку нижче. З таким параметром, який відновлює фільтр осцилографа може точно відтворювати форму високошвидкісних сигналів з дозволом в діапазоні десятків пикосекунд.

Спотворені частотні складові коли смуга пропускання осцилографа визначена як ¼ частоти дискретизації приладу

Багато широкосмугові осцилографи мають більш різкий зріз АЧХ, як на малюнку нижче. Це «максимально плоска» АЧХ. Оскільки осцилограф з максимально плоскою АЧХ послаблює частотні компоненти за межами набагато сильніше, і починає наближатися до ідеальної характеристиці теоретичного фільтра «цегляна стіна», не так багато точок вибірки потрібно для гарного подання вхідного сигналу при використанні цифрової фільтрації для відновлення форми сигналу. Для осцилографів з цим типом АЧХ теоретично можна вказати смугу пропускання рівну.

Спотворені частотні складові, коли смуга пропускання осцилографа задана в 1 / 2.5 від частоти його дискретизації для приладів з «максимально плоскою» частотної характеристикою.

3.Глубіна пам'яті (memory depth)

Вибирайте осцилограф, який має достатню глибину пам'яті для отримання найскладніших ваших сигналів з високою роздільною здатністю

Тісно пов'язаної з максимальною швидкістю дискретизації осцилографа є його максимально можлива глибина пам'яті. Навіть при тому, що рекламний буклет з технічними характеристиками осцилографа може заявляти високу максимальну частоту дискретизації, це не означає, що осцилограф завжди семплірует з цієї високої швидкістю. Осцилограф виробляє вибірку сигналу на максимальній швидкості, коли розгортка встановлена ​​на одному з швидких тимчасових діапазонів. Але коли розгортка встановлена ​​на повільний діапазон, для того, щоб захопити більший часовий інтервал, розтягнувши його на екрані осцилографа, прилад автоматично зменшує частоту дискретизації, грунтуючись на доступній глибині пам'яті.

Наприклад, давайте припустимо, що осцилограф має максимальну частоту дискретизації 1 Гігасемпл / с і глибиною пам'яті в 10 тисяч точок. Якщо розгортка осцилографа встановлена ​​в 10 нс / справ, то для того, щоб захопити 100 нс сигналу на екрані осцилографа (10 нс / справ х 10 секцій = 100 нс проміжок часу), осцилографа, потрібно всього 100 точок пам'яті на весь екран. На своїй максимальній частоті дискретизації 1 Гігасемпл / с: 100 нс проміжок часу х 1 Гігасемпл / с = 100 точок. Немає проблем! Але якщо ви встановите розгортку осцилографа на 10 мкс / справ для захоплення 100 мкс сигналу, осцилограф автоматично зменшить свою частоту дискретизації до 100 Мегасемплов / с (10 тисяч точок / 100 мкс часовий проміжок = 100 Мегасемплов / с). Для підтримки великої частоти дискретизації осцилографа на повільних діапазонах часу потрібно, щоб прилад мав додаткову пам'ять. У визначенні необхідної кількості пам'яті допоможе досить просте рівняння, засноване на самому довгому проміжку часу складного сигналу, який ви повинні захопити і максимальною швидкістю дискретизації, з якою ви хочете щоб осцилограф справив семплірування.

Пам'ять = Часовий інтервал x Частота дискретизації

Хоча, ви можете інтуїтивно думати, більше пам'яті - завжди краще, однак, осцилографи з великою глибиною пам'яті, як правило, коштують дорожче. По-друге, для обробки довгих сигналів, використовуючи пам'ять, потрібен додатковий час. Зазвичай це означає, що швидкість відновлення осциллограмм буде знижена, іноді вельми значно. З цієї причини, більшість осцилографів на ринку сьогодні мають ручний вибір глибини пам'яті, і типова установка глибини пам'яті за замовчуванням, як правило, відносно невелика (від 10 до 100 тисяч точок). Якщо ви хочете використовувати глибоку пам'ять, то ви повинні вручну включити її і йти на компроміс зі швидкістю поновлення осциллограмм. Це означає, що ви повинні знати, коли потрібно використовувати глибоку пам'ять, а коли - ні.

сегментація пам'яті

Деякі осцилографи мають спеціальний режим роботи під назвою «сегментація пам'яті». Сегментована пам'ять може ефективно розширити час для збору, шляхом ділення доступної пам'яті на більш дрібні сегменти, як показано на малюнку нижче. Осцилограф потім вибірково оцифровує лише важливі частини форми досліджуваного сигналу з високою частотою дискретизації і потім встановлює тимчасові мітки, щоб ви знали точний час між кожним виникненням події запуску. Це дозволяє осцилографа захопити багато послідовних одноразових сигналів з дуже коротким часом повторення, при цьому не пропускаючи важливу інформацію. Цей режим роботи особливо корисний при захопленні спалахів сигналу. Прикладами сигналів імпульсного типу є імпульсний радар, спалахи лазера, а також пакетовані сигнали послідовної шини даних.

Спеціальний режим роботи осцилографа з сегментацією пам'яті

4. Кількість каналів

Вибирайте осцилограф, який має достатню кількість каналів для того, щоб виробляти критичні за часом вимірювання, між корельованими (пов'язаними) між собою сигналами.

Число необхідних каналів в осцилографі буде залежати від того, яка кількість сигналів вам потрібно одночасно спостерігати і порівнювати між собою. Серцем більшості вбудованих систем, на сьогоднішній день, є мікроконтролер (MCU), як спрощено показано на малюнку нижче. Багато мікроконтролерні системи, насправді, є пристроями змішаних сигналів з декількома аналоговими, цифровими сигналами і послідовними шинами введення / виведення для взаємодії в зовнішнім світом, який, за своєю природою, завжди аналоговий.

Типова схема микроконтроллерной системи

Сьогоднішні конструкції змішаних сигналів стають все більш складними, тому може знадобитися більше каналів в осцилографі для їх захоплення і відображення. Двох і чотирьохканальні осцилографи є сьогодні затребуваними. Збільшення числа каналів з 2 до 4 не призводить до двократного збільшення ціни приладу, але все ж ціна зростає відчутно. Два каналу - оптимально, більше число каналів - залежить від ваших потреб і фінансових можливостей. Понад чотири аналогових каналів зустрічається дуже рідко, але є й інший цікавий варіант - це осцилограф змішаних сигналів.

Осцилографи змішаних сигналів об'єднують в собі всі вимірювальні можливості осцилографів з деякими можливостями логічних аналізаторів і аналізаторів протоколів послідовних шин. Найбільш важливою є здатність цих приладів одночасно захоплювати кілька аналогових і логічних сигналів з одночасним відображенням форми цих сигналів. Уявіть це, як наявність декількох каналів з високою роздільною здатністю по вертикалі (зазвичай 8 біт) плюс кілька додаткових каналів з дуже низьким дозволом по вертикалі (1 біт).

На малюнку нижче наведений приклад захоплення сигналу входу цифро-аналогового перетворювача (ЦАП) за допомогою цифрових каналів осцилографа, одночасно з моніторингом виходу сигналу ЦАП за допомогою одного аналогового каналу. У цьому прикладі, осцилограф змішаних сигналів налаштований таким чином, що він запускається, якщо логічне стан входу ЦАП прийме найнижче 0000 1010.

Осцилограф змішаних сигналів може захоплювати і відображати безліч аналогових і цифрових сигналів одночасно, забезпечуючи загальну картину корельованих процесів

5. Швидкість поновлення осциллограмм

Вибирайте осцилограф, який має досить високу швидкість оновлення сигналу для того, щоб захопити випадкові і рідкісні події, для більш швидкої налагодження проектів

Швидкість поновлення осциллограмм може бути також важлива, як і вже розглянуті нами пропускна здатність, частота дискретизації і глибина пам'яті, хоча цей параметр часто не береться до уваги при порівнянні різних осцилографів перед покупкою. Навіть при тому, що швидкість відновлення сигналу осцилографа може здаватися високою при перегляді повторно захоплених сигналів на дисплеї вашого осцилографа, ця «висока швидкість» є відносною. Наприклад, оновлення в кілька сотень сигналів в секунду, звичайно досить швидко, але c точки зору статистики, це може виявитися недостатнім, щоб захопити випадкове або рідкісна подія, яка може відбутися тільки один раз на мільйон захоплених сигналів.

При налагодженні нових проектів, швидкість оновлення осциллограмм може мати вирішальне значення - особливо, коли ви намагаєтеся знайти і налагоджувати рідкісні або переривчасті проблеми. Зростання швидкості оновлення осциллограмм збільшує ймовірність захоплення осциллографом «примарних» подій.

Невід'ємною характеристикою всіх осцилографів є «мертвий час» (dead-time) або «сліпе час» (blind time). Це час між кожним повторюваним захопленням сигналу осцилографом, протягом якого він обробляє раніше зареєстрований сигнал. На жаль, «мертвий час» осцилографа може іноді бути на кілька порядків більше, ніж час захоплення. Протягом мертвого часу осцилографа, будь-яка сигнальна активність, яка може статися, буде пропущена, як показано на малюнку нижче. Зверніть увагу на пару сигнальних викидів, які відбулися під час простою осцилографа, а не під час захоплення (acquisition time).

Час захоплення і «мертвий час» осцилографа

Через «мертвого часу», захоплення випадкових і рідкісних подій за допомогою осцилографа стає азартною грою - так само, як кидання гральних кісток. Чим більше число раз ви кинете кістки, тим вище ймовірність отримання певної комбінації чисел. Точно так же, чим частіше оновлюються сигнали осцилографа для заданого часу спостереження, тим вище ймовірність захоплення і перегляду невловимого події, про існування якого ви навіть можете по підозрювати.

На малюнку нижче, показаний викид, який відбувається приблизно 5 раз в секунду. Деякі осцилографи мають максимальну швидкість відновлення сигналу більше 1 мільйона осциллограмм в секунду, і такий осцилограф має 92% ймовірність захоплення цього викиду протягом 5 секунд. У цьому прикладі, осцилограф захопив викид кілька разів.

Реєстрація викидів в осцилографі зі швидкістю 1 мільйон оновлень сигналу в секунду

Для осцилографів з оновленням 2-3 тисячі разів в секунду, ймовірність захоплення таких викидів протягом 5 секунд становить менше 1%.

6.Тріггер

Вибирайте осцилограф, який має різні типи запуску, які можуть знадобитися, щоб допомогти виділити захоплення сигналу на найскладніших сигналах.

Якщо запуск розгортки осцилографа ніяк не пов'язаний з досліджуваним сигналом, то зображення на екрані буде бігти або бути змазаним. В цьому випадку осцилограф відображає різні ділянки спостережуваного сигналу на одному і тому ж місці. Для отримання стабільного зображення все осцилографи містять систему, звану тригером. Тригер затримує запуск розгортки осцилографа до тих пір, поки не будуть виконані певні умови.

Можливість триггерного запуску є однією з найважливіших сторін осцилографа. Критичний запуск дозволяє синхронізувати захоплення осциллографом сигналу і відображати окремі частини сигналу. Ви можете уявити критичний запуск осцилографа як синхронізований виконання знімків.

Найбільш поширеним типом запуску осцилографа є спрацьовування при перетині певного рівня. Наприклад, запуск по фронту каналу 1, коли сигнал перетинає певний рівень напруги (рівень запуску) в позитивному напрямку, як показано на малюнку нижче. Все осцилографи мають таку можливість, і це, ймовірно, найбільш часто використовуваний тип запуску. Але, в міру ускладнення цифрових проектів, вам, можливо, буде потрібно додатково визначати / фільтрувати запуск осцилографа специфічними комбінаціями вхідних сигналів для того, щоб захоплювати сигнал «в нулі», а також переглядати потрібну частину складного вхідного сигналу.

Запуск осцилографа по фронту цифрового імпульсу

Деякі осцилографи мають можливість запуску по імпульсам, з конкретними тимчасовими характеристиками. Наприклад, запускатися тільки тоді, коли імпульс шириною менше 20 нс. Цей тип запуску (з уточненою шириною імпульсу) може бути дуже корисний для запуску на непередбачених збоях.

Інший тип запуску, який застосовується в більшості сучасних осцилографів, це запуск за шаблоном. Режим запуску за шаблоном дозволяє налаштувати тригер осцилографа на запуск по логічної / булевої комбінації високих рівнів (одиниць) і низьких рівнів (нулів) в двох або більше вхідних каналах. Це може бути особливо корисним при використанні осцилографа змішаних сигналів, який може мати до 20 аналогових і цифрових каналів.

Більш просунуті осцилографи навіть забезпечують запуск, який синхронізується сигналами, які мають параметричні порушення. Іншими словами, осцилограф запускається, тільки якщо вхідний сигнал порушує конкретне параметричне стан, таке як зниження амплітуди імпульсу ( «запуск коротуном»), порушення швидкості краю (часу наростання / спаду), або, можливо, порушення часу тривалості періоду даних (тригер часу установки і утримання).

На малюнку нижче показаний запуск осцилографа позитивним імпульсом зі зменшеною амплітудою, використовуючи режим запуску «коротуном». Якщо це імпульс-коротун відбувається тільки один раз за мільйон циклів імпульсів цифрового потоку, то захоплення цього сигналу, використовуючи стандартний запуск по фронту, це все одно що пошук голки в копиці сіна. Також можливо проводити запуск негативними «коротунами», а також імпульсами-коротунами з певною тривалістю.

Запуск осцилографа імпульсом-коротуном

7. Робота з послідовними інтерфейсами

Послідовні інтерфейси, такі як I2C, SPI, RS232 / UART , CAN, USB і т.д., широко поширені в багатьох сучасних розробках, які використовують цифрові і змішані сигнали. Для перевірки правильності передачі повідомлення по шині, а також для аналогових вимірювань сигналу потрібно осцилограф. Багато фахівців для перевірки послідовної шини за допомогою осцилографа, використовують методику, відому як «візуальний підрахунок бітів». Але цей ручний метод декодування послідовної шини досить трудомісткий і призводить до частих помилок.

Багато хто з сучасних цифрових осцилографів і осцилографів змішаних сигналів мають додаткові можливості по декодуванню протоколу послідовної шини і триггерного запуску. Якщо ви плануєте щільно працювати з послідовною шиною, то зверніть увагу на осцилографи, які можуть декодувати і запускатися даними з послідовної шини, що може значно заощадити ваш час при налагодженні пристроїв.

8. Вимірювання та аналіз сигналів

Одним з основних переваг сучасного цифрового запам'ятовуючого осцилографа, в порівнянні з аналоговими приладами, є можливість виконувати різні автоматичні вимірювання і проводити аналіз оцифрованих сигналів. Практично всі сучасні цифрові осцилографи мають можливість ручних курсорних / маркерних вимірювань, а також мінімальний набору автоматичних вимірювань параметрів імпульсу, таких як час наростання, час спаду, частоту, тривалість імпульсу, і т.д.

У той час, як для вимірювань параметрів імпульсу зазвичай виконуються тимчасові або амплітудні вимірювання амплітуди для невеликої частини сигналу, то щоб забезпечити «відповідь», наприклад, часу наростання або розмаху напруги, математичні функції осцилографа виконують математичну операцію по всій осциллограмме або пари сигналів для отримання ще одного сигналу.

На малюнку нижче показаний приклад математичної функції швидкого перетворення Фур'є (ШПФ), яка була застосована до тактовою сигналу (жовта крива). БПФ перевело сигнал в частотну область (сіра крива), яка зображує по вертикальній осі амплітуду в дБ в залежності від частоти в Гц по горизонтальній осі. Інші математичні операції, які можна виконувати для оцифрованих сигналів - підсумовування, різниця, диференціювання, інтегрування і т.д.

БПФ для сигналу цифрового таймера

Хоча математичні функції над сигналом також можна виконати в автономному режимі на ПК (наприклад в MatLab), маючи таку вбудовану в осцилограф можливість можна не тільки спростити виконання цих операцій, а й поспостерігати за поведінкою сигналу в динаміці.

9. Осцилографічні пробники (вимірювальні щупи)

Якість вимірювань дуже сильно залежить від того, що за пробник ви підключили до BNC-входу осцилографа. Коли ви підключаєте будь-яку вимірювальну систему до досліджуваної схемою, вимірювальний прилад (і щуп) стає частиною тестованого пристрою. Це означає, що можна «навантажити» або змінити в деякій мірі поведінку ваших сигналів. Хороші щупи не повинні порушувати вхідний сигнал і в ідеалі повинні передати в осцилограф точний дублікат сигналу, який був присутній в точці вимірювання.

Вимірювальний щуп осцилографа

Коли ви купуєте новий осцилограф, то він, як правило, поставляється зі стандартним набором щупів з високим вхідним опором - один пробник для кожного вхідного каналу осцилографа. Ці типи пасивних щупів загального призначення є найбільш поширеними і дозволяють вимірювати широкий діапазон сигналів щодо землі. Але ці щупи мають деякі обмеження. На малюнку нижче показана еквівалентна схема типового 10: 1 пасивного щупа, підключеного до високоомного входу осцилографа (вхід осцилографа 1МОм).

Типова модель пасивного пробника 1:10

Паразитні ємності притаманні всім Осциллографическое пробники і входів. Вони включають в себе ємність кабелю пробника Скабеля, а також вхідну ємність осцилографа Спрібора. «Паразитний» означає, що ці елементи в моделі не спеціально створені, а є сумним фактом в світі електроніки. Величина паразитної ємності буде зміняться від осцилографа до осцилографа і від пробника до пробника. Використовуваний в цій моделі вбудований компенсаційний конденсатор, призначений для компенсації ємності в разі нізкачастотного імпульсного відгуку.

Електрична модель будь-якого пробника (пасивного або активного) і осцилографа може бути спрощена до комбінації одного резистора і одного конденсатора, підключених паралельно. На малюнку нижче показана типова схема заміщення осцилограф / пробник для 10: 1 пасивного щупа. Для низьких частот або для постійного струму, в навантаженні переважає опір 10МОм, яке, в більшості випадків, не повинно стати проблемою. Хоча 13.5 пФ чи не здається великою ємністю, на високих частотах навантаження, отримане за допомогою цієї ємності, може бути значною. Наприклад, на частоті 500 МГц реактивний опір конденсатора ємністю 13.5 пФ в цій моделі становить 23.6 Ом, які вже є значним навантаженням і може привести до спотворення сигналу.

Спрощена електрична модель пробник-осцилограф

Для високочастотних вимірювань необхідно використовувати активні щупи. «Активний» означає, що пробник включає в себе підсилювач, розташований за наконечником щупа. Він дозволяє істотно зменшити ємнісне навантаження і збільшити смугу пропускання для пробника. До недоліків високочастотних активних пробників можна віднести їх динамічний діапазон, а також їх вартість.

Є й інші спеціальні вимірювальні завдання, про які хотілося б згадати. Якщо вам потрібно зробити виміри на високошвидкісний диференціальної послідовній шині, то ви повинні розглянути можливість використання високочастотного диференціального активного пробника. Якщо вам потрібно поміряти сигнали, які мають дуже високу напругу, вам знадобиться спеціальний пробник, розрахований на високу напругу. Якщо вам потрібно виміряти струм, ви повинні розглянути можливість використання датчика струму.

Якщо ви дочитали до цих рядків, то, напевно вже зрозуміли, що до вибору осцилографа потрібно підходити досить серйозно, інакше це може пріветі до того, що куплений дорогий вимірювальний прилад не зможе допомогти вам вирішувати ваші завдання. Сподіваюся, зміг вам допомогти в розумінні процесу вибору осцилографа.

Ще по цій темі

Ви можете пропустити читання запису і залишити коментар. Розміщення посилань заборонено.