Какой осциллограф выбрать
Выбор осциллографа
Для принятия решения о конкретном выборе осциллографа пользователю
необходимо обратить свое внимание на следующие моменты:
• какая нужна полоса частот,
• сколько потребуется каналов,
• необходимый объем памяти,
• функции захвата сигналов,
• значение частоты дискретизации,
• какие требования к дисплею,
• процесс анализа формы сигналов,
• какие нужны пробники для измерений,
• возможность подсоединения устройств.
Вступление
Перед техническим специалистом часто возникает вопрос: какой осциллограф выбрать?
Так, от выбора осциллографа зависит достоверность измерений с целью последующего выполнения поставленных важных задач. Поэтому, для облегчения правильного выбора осциллографа, необходимо определиться с вышеперечисленными вопросами, которые рассмотрим более подробно, каждый в отдельности. Важное значение имеет также производитель измерительного оборудования. Не надо забывать, что на мировом рынке лидируют осциллографы Rigol, Tektronix и другие. Цифровые осциллографы этих производителей выделяются среди других своим отменным качеством, высокими характеристиками, многофункциональностью, приятным дизайном, приемлемой ценой.1. Полоса частот
Для решения вопроса «какой осциллограф выбрать» необходимо определиться с частотами сигналов, с которыми Вы собираетесь работать. Частотная полоса – очень важная
характеристика осциллографа, потому что она определяет диапазон, в котором будут отражаться сигналы на дисплее осциллографа для их исследования. Например,
современные контрольно-измерительные приборы Tektronix представляют линейку
осциллографов для решения задач от учебных до производственных. Такие модели осциллографов могут обладать полосой и 50 МГц и 33 ГГц. То есть все зависит от поставленной
перед пользователем задачи.
Синхроимпульс в цифровых системах – это самый высокочастотный сигнал. Осциллограф должен на своем дисплее отобразить этот сигнал. Поэтому, на вопрос
«с какой полосой пропускания выбрать осциллограф» можно ориентироваться на следующее: полоса должна быть в 3 раза больше величины высокочастотного сигнала,
чтобы на экране осциллографа отображалась форма исследуемого сигнала в надлежащем виде. Временное нарастание импульсного фронта сигнала является также важным параметром
для выбора осциллографа по полосе частот. Тестируемые сигналы имеют много гармоник на тех частотах, которые отличаются от базовых значений исследуемого сигнала. Поэтому,
чтобы наблюдать на экране осциллографа полноценное изображение, необходимо иметь надлежащее значение частотной полосы.
Есть ряд формул, которые помогут какой осциллограф выбрать, а именно определиться с частотным диапазоном:
• сигнальная частотная полоса = 0,5/скорость увеличения импульсного фронта,
• частотная полоса осциллографа = частотная полоса исследуемого сигнала х 3,
• частота дискретизации осциллографа (минимальная) реального времени = частотная полоса осциллографа х 4.
Согласно этим формулам можно определиться с частотной полосой, которая укажет какой выбрать осциллограф.
2. Количество каналов
Какой осциллограф выбрать подскажет также необходимое число каналов. Простые осциллографы имеют 2 или 4 канала. Однако такое число каналов не всегда достаточно для захвата на цифровой схеме захвата события, для последующего анализа интересующих сигналов. Нередки случаи, когда при выборе осциллографа неправильно учитывается требуемое число каналов. При нехватке каналов у осциллографа приходится использовать подключение дополнительных устройств для захвата интересующих событий, а в ряде случаев покупать специальные программные пакеты. Однако, например, современные цифровые осциллографы Tektronix легко и просто интегрируются с логическими анализаторами, что позволяет на одном мониторе осциллографа анализировать логические сигналы. И в зависимости от модели выбранного осциллографа, такому анализу будут доступны 32 – 136 сигналов логических.
3. Частота дискретизации
Для того, чтобы знать какой выбрать осциллограф, необходимо определиться также со значением частоты дискретизации, а она прямо пропорциональна функциональности
прибора. При одновременном задействовании аналого-цифрового преобразователя (АЦП) осциллографа для более двух каналов, увеличивается частота дискретизации, для достижения
наибольшего значения на одном из каналов. Необходимо помнить, что каждый канал выбранного осциллографа должен иметь заявленную частоту дискриминации, а не суммарную
по всем каналам.
В п.1 уже отмечалось, что «частота дискретизации осциллографа (минимальная) реального времени = частотная полоса осциллографа х 4». Этот коэффициент (х 4) приемлем,
когда прибор использует технологию цифровой реконструкции (sin(x)/x интерполяцию). Если эта технология не используется, то умножающий коэффициент следует использовать
не «4», а «10». В осциллографах Tektronix используется реализованная аппаратно sin(x)/x интерполяция.
Рассмотрим, например, 4-х канальный осциллограф TDS3054C производства Tektronix c полосой 500 МГц,
в котором применена технология sin(x)/x интерполяция. Если считать по вышеупомянутой формуле, то для данного прибора на каждый канал минимальная частота дискретизации
для поддержания полосы в 500 МГц должна быть равна: 500 МГц х 4 (на каждый канал 2GSa/сек). Но осциллограф TDS3054C обладает для каждого канала независимыми АЦП,
что обеспечивает на каждый канал 5GSa/сек. То есть этот осциллограф Tektronix имеет по частоте выборки значительный запас.
Однако, у других производителей по данному вопросу, могут таиться подводные камни. Многие компании-производители подобных осциллографов с полосой 500 МГц в рекламных целях обещают,
что их прибор имеет 2GSa/сек дискретизацию, но не доносят до покупателя, что это значение дискретизации лишь для одного канала! А реальная дискретизация
может составлять 1 – 0,5 GSa/сек, что совершенно недостаточно для поддержания 500 МГц частоты даже на 2-х каналах. Иным способом расчета требуемой дискретизации для того,
чтобы выбрать осциллограф, может быть следующий. Так как частота дискретизации является обратная величина разрешению, то необходимо определиться с разрешением, которое нужно
между точками сигнального захвата. Если интересует разрешение 1ns, то частота дискретизации будет 1/(1ns) = 1GSa/сек. Поэтому, когда Вы решаете какой осциллограф выбрать,
необходимо обратить внимание на достаточное значение частоты дискретизации обязательное на каждый канал и тогда каждый из каналов гарантирует поддержку полосу частот,
заявленную в спецификациях.
4. Объем памяти
Когда стоит вопрос, а какой же выбрать осциллограф, то кроме частотной полосы и значения частоты дискретизации, необходимо определиться с объемом памяти осциллографа,
который напрямую зависит от значения дискретизации. АЦП осциллографа производит оцифровку входящих сигналов, а все поступившие данные могут сохраняться в скоростной памяти
прибора. Для того, чтобы знать пользователю какой осциллограф выбрать, нужно понять, как та или иная модель прибора использует сохраненные данные, т.е. какую технологию
она использует.
Современные технологии, использующиеся в осциллографах, способствуют решению сверхсложных задач, например, по захвату точек данных, масштабированию для детального исследования,
проведения математических преобразований для последующего анализа сигналов. Однако, глубина памяти прибора имеет ограничение, поэтому пропорционально ограничивается частота
выборки. Чем память глубже, тем больше необходимо времени даже при максимальном значении дискретизации на сам захват точек данных. Для расчета объема памяти при выборе осциллографа
возможно использовать следующую формулу:
• объем памяти осциллографа = частота дискретизации х (умножение) время для прохождения по экрану прибора сигнала.
Требуемая по временной плоскости прибора частота дискретизации, защитит пользователя от искажений на мониторе исследуемого сигнала и создаст полноценную картинку по форме импульсов сигналов при их анализе в таких режимах, как: разложение сигнала на составляющие, масштабирование и пр. Запоминающие цифровые осциллографы, которые используют последовательную обработку при анализе сигналов, не могут обеспечить высокого быстродействия по захвату, как осциллографы с параллельной обработкой сигналов, представленные компанией Tektronix.
Технология DPO (цифровые люминесцентные осциллографы) с параллельной архитектурой сделала возможным проводить анализ недоступных к захвату составляющих сигналов. На вопрос, какой осциллограф выбрать с технологией DPO, можно ответить, так, это серии осциллографов Tektronix: DPO2000, DPO5000, DPO7000, DPO70000. Для тестирования комплексных сложных сигналов компанией Tektronix была создана инновационная технология цифрового люминофора. Например, такая технология использована в осциллографах TDS3000. Захват сигнала в таких осциллографах производится со скоростью более 450 000 форм сигналов/сек, а объем памяти достигает до 8 М.
5. Дисплей осциллографа
Качество отображаемой информации в аналоговых осциллографах зависит от характеристик ЭЛТ (электронно-лучевой трубки). В то время, как в цифровых осциллографах качество
данных на дисплее зависит от применяемых алгоритмов обработки входящей информации об изучаемом сигнале. Производитель Tektronix применяет современную технологию отображения
сигналов. Эта технология воплотила в себе достоинства ЖКИ и ЭЛТ за счет интегрированного процессора сигнальных форм DPX, которая исключает задержку за счет АЦП задержку
вывода данных на экран. Визуальность осциллограмм в цифровых осциллографах с люминофором гораздо выше, чем у запоминающих цифровых осциллографов, прежде всего за счет 3-х мерного
отображения сигналов.
6. Функции по захвату сигналов
Осциллографы общего назначения, которые выпускают большинство производителей, обладают только синхронизацией по уровню. Однако для анализа сигналов цифровых (комплексных сигналов), такой синхронизации будет не достаточно. Осциллографы Tektronix, даже начального уровня, могут производить сложные типы захватов цифровых потоков, реализуя непростые алгоритмы синхронизации, используя логические условия, применяемые между разными триггер-событиями. Когда стоит задача, какой выбрать осциллограф, следует учесть сферу разработки телекоммуникационного оборудования. Для этой сферы разработаны осциллографы, имеющие захват событий по таким протоколам, как: CAN, SPI, I2C, USB, LIN. Возможность расширенных функций захвата сигналов у выбираемого осциллографа значительно сэкономят пользователю время на отладку программных средств современных цифровых систем. Когда речь идет о том, какой осциллограф выбрать, то не следует забывать о таких функциях, как захват редких событий. Например, запуск на глитчи сделает возможным захватывать все составляющие сигнала (негативные, позитивные), а также импульсы с разной шириной. Это необходимо разработчику для отладки и поиска неисправностей в цифровых системах.
7. Пробники для осциллографа
Чтобы определиться какой выбрать осциллограф для разработок, необходимо также определиться, какие пробники необходимы для измерений. При измерениях на частоте свыше 1 ГГц сильно меняются требования к пробникам. Пассивные пробники для осциллографа ограничены до 600 МГц и исследование сигнала с помощью них на более высоких частотах становится проблемой. В отличие от пассивных, активные пробники для осциллографа могут поддержать измерения на высоких частотах и нейтрализовать разные негативные явления. Компания Tektronix в комплекте к осциллографу прилагает активные пробники с дополнительными аксессуарами, позволяющими минимизировать негативные воздействия при анализе сигналов.
8. Подключение к периферийным устройствам
Какой осциллограф выбрать для возможности взаимодействия его с другими устройствами? Большинство современных осциллографов (цифровых) оснащены интерфейсами такими, как: USB, GPIB, LAN, RS-232. Эти интерфейсы делают возможным подключения осциллографа к компьютеру и другим различным периферийным устройствам. Пользователь, правильно выбранного осциллографа, может при необходимости передать полученные данные или распечатать их на принтере. Встроенные в прибор вспомогательные устройства (CD-ROM, дисковод и пр.) помогут загружать специальное ПО или его обновлять. Важная функция выбранного осциллографа является передача данных по сети, что облегчает работу разработчика и экономит время его работы.
9. Анализ формы сигналов
При выборе осциллографа нужно учесть, что наличие таких функций, как автоматические измерения и анализ входящей информации экономит время на задач по тестированию сигналов. В отличие от аналоговых цифровые современные осциллографы оснащены необходимым набором функций, например, математическими: деление, умножение, интегрирование, вычитание, сложение, дифференцирование, БПФ и пр. Когда речь идет о том, каком выбрать осциллограф, надо определиться, нужен ли углубленный анализ форм сигналов, ведь от этого зависит набор выбираемых функций. Компания Tektronix предлагает специальное ПО, которое поддерживает адаптацию для сложных измерений, поддерживает проведение сложных математических функций по обработке и анализу поступивших сигналов. Оболочка Tektronix для приборов MyScope дает возможность автоматически анализировать сигнал, используя индивидуальные интерфейсы.
10. Тестирование осциллографа
Выбрать осциллограф помогут девять предыдущих пунктов. Если есть возможность, будет не лишним протестировать приглянувшийся осциллограф. Для этого можно посетить специализированную выставку или встретиться с дистрибьютором. Специалисты с удовольствием предоставят прибор, возможно даже во временное пользование, а также расскажут, как пользоваться осциллографом, отметят все плюсы и минусы. Одна из важных задач при работе с осциллографом – это простота использования! При тестировании прибора это станет понятным. Важным также является способность дисплея осциллографа реагировать на правильность отображения событий.
Выводы
Итак, для решения вопроса, какой осциллограф лучше выбрать, нужно изучить некоторые технические материалы, описания, руководства, которые любезно Вам предоставят поставщики. Главное определиться с бюджетом и необходимыми техническими характеристиками, которые нужны для решения задач. Одна из лидирующих компаний в области контрольно-измерительной техники остается Tektronix. В соответствии с необходимыми потребностями можно всегда выбрать прибор Tektronix, который с лихвой удовлетворит Ваши потребности.