Характеристики осциллографа: ключевые параметры современных моделей

Какие основные характеристики осциллографа важны при выборе прибора. Как полоса пропускания влияет на возможности осциллографа. Почему частота дискретизации критична для точных измерений. Какие параметры определяют функциональность цифровых осциллографов.

Ключевые характеристики современных цифровых осциллографов

Осциллограф — незаменимый инструмент для исследования и анализа электрических сигналов. При выборе прибора важно учитывать его основные технические параметры, определяющие возможности и функциональность. Рассмотрим ключевые характеристики современных цифровых осциллографов.

Полоса пропускания

Полоса пропускания — одна из важнейших характеристик осциллографа. Она определяет максимальную частоту сигнала, который прибор может корректно обработать и отобразить. Как правило, полоса пропускания указывается по уровню -3 дБ, то есть для частоты, на которой амплитуда сигнала уменьшается до 70,7% от исходного значения.

Чем шире полоса пропускания, тем более высокочастотные сигналы может исследовать осциллограф. При выборе прибора действует правило: полоса пропускания должна как минимум в 3-5 раз превышать максимальную частоту исследуемого сигнала. Для более точных измерений рекомендуется соотношение 10:1.

Частота дискретизации

Частота дискретизации показывает, с какой скоростью осциллограф может оцифровывать входной аналоговый сигнал. Измеряется в выборках в секунду (Выб/с). Чем выше частота дискретизации, тем точнее прибор может воспроизвести форму сигнала, особенно для однократных или непериодических событий.

Согласно теореме Котельникова, для корректного восстановления сигнала частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать максимальную частоту в спектре сигнала. На практике для точного воспроизведения формы сигнала рекомендуется обеспечить 4-5 выборок на период максимальной частоты.

Глубина памяти

Глубина памяти определяет, сколько выборок сигнала осциллограф может сохранить для последующего анализа. Измеряется в точках или выборках. Большая глубина памяти позволяет:

• Захватывать длительные фрагменты сигнала с высоким разрешением
• Детально исследовать предысторию и развитие однократных событий
• Анализировать сложные последовательности импульсов

Чем больше глубина памяти, тем дольше осциллограф может поддерживать максимальную частоту дискретизации при увеличении временной развертки.

Вертикальное разрешение

Вертикальное разрешение показывает, насколько точно осциллограф может измерить мгновенное значение напряжения сигнала. Измеряется в битах. Типичное значение для цифровых осциллографов — 8 бит, что соответствует 256 уровням квантования.

Более высокое разрешение (10, 12, 16 бит) позволяет различать меньшие изменения напряжения и повышает точность измерений. Это особенно важно при анализе слабых сигналов на фоне сильных помех.

Режимы синхронизации в современных осциллографах

Синхронизация (запуск) — важнейшая функция осциллографа, позволяющая стабильно отображать периодические сигналы и захватывать однократные события. Современные цифровые осциллографы предлагают широкий набор режимов синхронизации:

• По фронту — классический режим запуска по нарастающему или спадающему фронту сигнала
• По длительности импульса — запуск при обнаружении импульса заданной длительности
• По логическому состоянию — запуск при выполнении заданного логического условия
• По видеосигналу — синхронизация по кадровым и строчным синхроимпульсам
• По последовательным шинам — декодирование и запуск по протоколам I2C, SPI, CAN и др.

Расширенные возможности синхронизации позволяют выделять и анализировать сложные события в исследуемых сигналах.

Автоматические измерения и математические функции

Современные цифровые осциллографы предлагают широкий набор встроенных средств анализа сигналов:

Автоматические измерения

Позволяют быстро определить ключевые параметры сигнала без ручных расчетов. Типичный набор включает:

• Амплитудные измерения: размах, среднее значение, СКЗ и др.
• Временные измерения: период, частота, длительность импульса и др.
• Измерения фронтов: время нарастания и спада

Математические функции

Дают возможность выполнять арифметические и логические операции над сигналами:

• Сложение, вычитание, умножение сигналов
• Интегрирование и дифференцирование
• Быстрое преобразование Фурье (БПФ)
• Цифровая фильтрация

Развитые средства анализа существенно расширяют возможности осциллографа и упрощают исследование сложных сигналов.

Интерфейсы и возможности подключения

Современные цифровые осциллографы оснащаются различными интерфейсами для подключения к компьютеру и внешним устройствам:

• USB — для передачи данных и дистанционного управления
• Ethernet — для работы по сети и удаленного доступа
• GPIB — для интеграции в измерительные системы
• VGA — для подключения внешнего монитора

Наличие интерфейсов позволяет:

• Сохранять осциллограммы и результаты измерений на компьютер
• Управлять осциллографом с ПК с помощью специального ПО
• Интегрировать прибор в автоматизированные измерительные комплексы
• Выводить изображение на большой экран для презентаций

Дополнительные функции современных осциллографов

Производители постоянно расширяют функциональность цифровых осциллографов. Среди популярных дополнительных возможностей:

• Режим смешанных сигналов (MSO) — одновременный анализ аналоговых и цифровых сигналов
• Встроенный генератор сигналов — для формирования тестовых воздействий
• Анализ последовательных шин — декодирование протоколов I2C, SPI, CAN и др.
• Режим цифрового вольтметра — прецизионные измерения напряжения
• Тестирование по маске — автоматический контроль допусков сигнала

Дополнительные функции позволяют решать более широкий круг измерительных задач с помощью одного прибора.

Как выбрать осциллограф: на что обратить внимание

При выборе цифрового осциллографа следует учитывать следующие факторы:

1. Полоса пропускания — должна как минимум в 3-5 раз превышать максимальную частоту исследуемых сигналов
2. Частота дискретизации — рекомендуется обеспечить 4-5 выборок на период максимальной частоты сигнала
3. Глубина памяти — чем больше, тем лучше, особенно для анализа длительных процессов
4. Количество каналов — минимум 2, для сложных задач может потребоваться 4 и более
5. Режимы синхронизации — наличие расширенных возможностей упрощает захват сложных сигналов
6. Средства анализа — автоматические измерения, математика, БПФ существенно упрощают работу
7. Интерфейсы — для интеграции в измерительные системы и удаленного управления

Важно правильно оценить свои текущие и перспективные потребности, чтобы выбрать оптимальный по возможностям и цене прибор.

Заключение: тенденции развития цифровых осциллографов

Цифровые осциллографы продолжают активно развиваться. Основные тенденции включают:

• Увеличение полосы пропускания и частоты дискретизации
• Рост объема памяти для захвата длительных сигналов
• Совершенствование алгоритмов цифровой обработки сигналов
• Расширение функциональности за счет программных опций
• Улучшение пользовательского интерфейса, включая сенсорное управление
• Интеграция с облачными сервисами для удаленного доступа и анализа данных

Современные цифровые осциллографы становятся все более мощными и универсальными инструментами для исследования электрических сигналов. Понимание ключевых характеристик и тенденций развития позволяет выбрать оптимальный прибор для решения широкого спектра измерительных задач.

Основные рабочие характеристики осциллографов — Осциллографы

Основными параметрами, которые определяют возможности и степень функциональности цифровых осциллографов, являются рабочие характеристики, понимание которых позволяет потенциальным пользователям при выборе прибора оценить и сравнить между собой разные модели из широкого ассортимента, предлагаемого современными разработчиками.

Полоса пропускания -максимальная частота пропускания прибора и равна частоте, на которой амплитуда сигнала уменьшается до 70,7% значения или на 3дБ (логарифмическая зависимость). Но для цифровых осциллографов следует различать понятия полосы пропускания для повторяющихся сигналов и полосы пропускания для однократных сигналов. Первая из них не зависит от такой характеристики как частота дискретизации, и имеет достаточно высокое значение по той причине, что осциллограф воспроизводит повторяющийся сигнал за несколько запусков. Что касается работы с однократными или с непериодическими сигналами, то в этом случае полоса пропускания зависит от частоты дискретизации, так как осциллографу необходимо захватить и оцифровать полученный сигнал за один такт.

При выборе цифрового осциллографа существует правило, что полоса пропускания должна минимум в три раза превышать значения основных частот исследуемых сигналов и чем больше соотношение (может достигать 10:1), тем точнее результат выдает осциллограф.

Также следует отметить еще одну характеристику, которая определяет требования пользователя к полосе частот,

время нарастания фронта импульса. Ведь очень часто исследуемые сигналы содержат множество гармоник на частотах, отличающихся от фундаментальных значений частот тестируемого сигнала, и, например, если пользователь рассматривает прямоугольный сигнал, то на самом деле он содержит частоты, по меньшей мере, в 10 раз превышающие базовую частоту исследуемого сигнала. И если значение полосы частот осциллографа будет неудовлетворительным, то при тестировании сигналов на экране вместо чётких и ясных краёв, характеризующих высокую скорость нарастания фронта импульса, будут отображаться закруглённые углы.

Частота дискретизации – равна скорости, с которой осциллограф может оцифровывать входной сигнал. Эта характеристика, как уже отмечалось выше, при более высоких значениях отвечает за более высокие значения полосы пропускания однократных сигналов и, соответственно, дает лучшее разрешение. Следует также отметить, что указанное в инструкции значение частоты дискретизации касается только одного канала, а при работе с несколькими каналами одновременно значение этой характеристики уменьшается и приводит к появлению искаженных сигналов. Еще одним важным замечанием для пользователей служит то, что большинство осциллографов работают на максимальной частоте дискретизации только на самых быстрых скоростях развертки, а на медленных скоростях развертки частота дискретизации автоматически уменьшается.

Объем памяти – характеристика цифрового осциллографа, которая связана со значением частоты дискретизации, а также зависит от требуемого времени непрерывного анализа. Приборы с большим объемом памяти позволяют просматривать захваченные сигналы длительные периоды времени с большим разрешением между точками. Для каждого конкретного случая, принимая во внимание значения временного интервала (ВИ) и частоты дискретизации (ЧД), можно рассчитать величину объема памяти (ОП) следующим образом:

ОП=ЧД×ВИ

Поскольку глубина памяти осциллографов ограничена, то, соответственно, возникает необходимость в ограничении частоты выборки, по той причине, что чем глубже память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных при максимальном значении частоты дискретизации.

Из описанного выше можно сделать два простых вывода:

1. Для сохранения максимальной частоты дискретизации при увеличении значений коэффициента развертки необходимо увеличивать размер внутренней памяти;
2. При уменьшении длинны внутренней памяти и постоянном коэффициенте развертки, частота дискретизации неизбежно уменьшается.

Количество каналов – характеристика цифровых осциллографов, которая обеспечивает пользователю возможность одновременного исследования двух или больше сигналов. Следует отметить, что на сегодняшний день наибольшим спросом пользуются двух канальные осциллографы. Существуют также осциллографы, включающие в себя как основные, так и дополнительные каналы (см. Рис.1-2.). В этом случае в осциллографе имеются аналогово-цифровые преобразователи для основных каналов, а дополнительные каналы используются для работы с цифровыми сигналами.

Рис.1. Определение времени задержки между двумя сигналами схемы двухканальными осциллографами RIGOL серии DS1000.	Рис.2. Вывод на экран и перемещение осциллограмм цифровых каналов осциллографами RIGOL серии DS1000 для смешанных типов сигналов.

Режимы синхронизации – запуск осциллографа по фронту (перепаду) используется большинством пользователей и есть достаточным для решения общих задач. Но при постановке более сложных проблем (исследование сигналов сложных форм) возникает потребность в использовании дополнительных возможностей по запуску. Современные модели осциллографов предлагают дополнительные функции запусков, например, по логическому состоянию, по импульсной помехе, по телевизионному или видеосигналу и т.д.
В таблице 1 представлены семь возможных режимов запуска для осциллографов RIGOL серии DS1000: по фронту, длительности импульса, по скорости нарастания, по видеосигналу, чередующийся, по заданному шаблону логического состояния, а также его продолжительности (осциллографы для смешанных типов сигналов).

Таблица 1.

Edge	запуск по фронту происходит, когда входной сигнал пересекает выбранный уровень напряжения в выбранном направлении (нарастание, спад или произвольным фронтом).
Pulse	запуск по длительности импульса используется, чтобы поймать импульсы определенной длительности.
Video	запуск по видеосигналу для запуска по полям или строкам от синхроимпульса стандартных видеосигналов.
Slope	запуск по скорости нарастания при выполнении заданных условий по длительности и уровню для нарастающего (спадающего) перепада сигнала.
Alternate	поочередный запуск от каналов Ch2 и СН2 для одновременного наблюдения двух несинхронизированных сигналов.
Pattern	запуск по определенному шаблону логического сигнала.
Duration	запуск по совпадению с определенным шаблоном логического сигнала в течение заданного времени.

Режимы курсорных измерений — позволяют производить амплитудные или временные измерения путем установки вертикальных или горизонтальных курсоров в нужные точки осциллограммы. Например, при амплитудных измерениях можно определить значение размаха или разности напряжений, а при временных измерениях — разность значений по оси времени. На Рис.3 показано пример курсорных измерений резонансной частоты сигнала при помощи осциллографов RIGOL серии DS1000 при использовании запуска по нарастающему фронту.

Рис.3. Курсорные измерения резонансной частоты сигнала осциллографами RIGOL серии DS1000.

Основные характеристики цифровых осциллографов

Осциллограф используются для исследования электрического сигнала. Прибор «наблюдает» за протеканием тока, отображая его амплитуду и временные параметры на дисплее для наглядности. Стационарные версии способны сразу распечатывать графику на фотоленте. Мобильные умеют передавать данные на ПК. Рассмотрим более детально основные технические и рабочие характеристики цифровых осциллографов, чтобы понять их превосходство над аналоговыми версиями. Еще сравним диапазон характеристики разных приборов, что облегчит выбор модели для конкретной деятельности. Все написано максимально просто, чтобы новичку было понятно.

Максимальное входное напряжение

От этой характеристики зависит, с какими цепями сможет работать осциллограф. Есть модели до 300-500 В, которые подойдут для ремонта микросхем телевизоров, планшетов и другой бытовой техники. Они относятся ко II категории. Чтобы производить развертку сигнала и оценивать параметры тока высоковольтного оборудования, выбирают осциллографы с характеристикой 1000 В. Это приборы III категории и стоят они дороже.

(Пример осциллографа III категории с рабочим напряжением сигналов до 1000 В)

Количество каналов и лучей

Большинство осциллографов однолучевые и одноканальные, т. е. способны отображать только одну синусоиду с заданными временными интервалами и частотой. Двухканальные версии более профессиональные, поскольку задействуют коммутатор, выдающий большую или меньшую частоту, чем основной процесс. На графике это отображается двумя лучами. Это дает более четкое понятие о характеристиках сигнала, но такие версии тоже стоят дороже.

Погрешность

Под понятием погрешности подразумевается две величины: погрешность коэффициента отклонения и погрешность коэффициента развертки. Естественно, чем меньше погрешность, тем более точные данные получает пользователь. У аналоговых осциллографов первая характеристика бывает около 8%, а вторая — 3-15%.

Цифровые осциллографы здесь выступают абсолютными лидерами, поскольку имеют в первом случае погрешность 2%. Это стандартная величина, прописанная в характеристиках, но на практике она еще меньше и составляет 0.5% при использовании источников опорного смещения. В случае коэффициента развертки погрешность цифровых версий составляет 0.01%, что обеспечивает указание частоты с максимальной точностью.

Полоса пропускания

Под этой характеристикой подразумевается диапазон частот, в рамках которых сигнал слабеет не более чем на 3 дБ относительно опорной частоты. Чем больше диапазон, тем шире возможности прибора. Среди специалистов действует правило, что полоса пропускания должна быть больше частоты исследуемого значения в три раза (соотношение 3:1). Это минимальные приемлемые условия для точных замеров. При соотношении 10:1 результат максимально правильный. Оптимальной характеристикой в описании к товару является показатель в 10 МГц.

В случае цифровых вариантов существует различие в типе сигнала. Если он многократный (повторяющийся), то осциллограф инициирует регулярное считывание и частота дискретизации здесь не важна. Но когда сигнал однократный (единичный), то аппарату требуется захватить импульс с первого раза, обработать его, оцифровать и выдать результат. Здесь вступает в процесс еще одна характеристика — частота дискретизации.

Частота дискретизации

Под этим понятием подразумевается скорость, с которой прибор способен обработать поступивший входной сигнал. Для однотактных импульсов увеличенная скорость обеспечивает более высокую детализацию (разрешение). Характеристика в паспорте прибора общая и относится к одному каналу. При включении двух каналов параметры падают, что может привести к искажению данных. Оптимальной скоростью оцифровки считается показатель 50 MS/s в режиме реального времени.

Стоит отметить, что некоторые модели задействуют максимальную дискретизацию только при быстрой скорости развертки. Когда темпы развертки снижаются пользователем, автоматически понижается и дискретизация. Если для вас важно всегда работать на максимуме возможностей аппарат по оцифровке сигнала, нужно уточнять в характеристиках, способен ли прибор удерживать заданный параметр постоянно.

Размер экрана

Поскольку осциллограф визуализирует сигнал в виде синусоиды, то от размеров экрана зависит удобство работы с графикой. Чем крупнее дисплей, тем с большего расстояния можно точно прочитать значения и не присматриваться. Оптимальным параметром выступает 3.5 дюйма с разрешением 320х240 пикселей. С такой характеристикой ЖК-монитора будет все детально видно, а сам аппарат не займет много места и его получится транспортировать даже в кармане рабочей куртки.

Прогресс не стоит на месте и сейчас доступны цифровые осциллографы с цветным дисплеем TFT, делающие картинку еще более легкой для восприятия. В них уже заложена подсветка, поэтому снимать показания удобно даже в плохо освещенном месте. Достойным и качественным вариантом такого осциллографа является модель DT9989, совмещающая в себе мультиметр.

Коэффициент затухания

Важная характеристика для измерения конденсаторов. Затухающие колебания в конденсаторах квазистационарные, т. е. ток меняется медленно. Разрядка конденсатора равна скорости уменьшения заряда. Коэффициент затухания позволяет более точно рассчитать значения. Оптимальная характеристика для высококлассного цифрового осциллографа — 1Х.

Разрешение

Под этим понятием подразумевается вертикальное разрешение. Чем оно выше, тем детальнее можно наблюдать за сигналом, делая развертку более крупной, где каждая клеточка имеет наименьшее значение. Хорошей характеристикой выступает разрешение 8 бит. С таким параметром входной сигнал делится на 2 в 8-й степени (на 256). Для примера, если на входе сигнал имеет напряжение 10 В, то детализировать картинку можно до 0.4 В по каждой клеточке. Так вы сможете наблюдать в деталях за меняющимся сигналом, замечая любые отклонения.

С вертикальным разрешением тесно связана вертикальная чувствительность. Она сказывается на вертикальном отклонении при масштабировании. Хорошей характеристикой считается регулировка от 50 mV до 100V на одно деление экрана. Благодаря этому получится увидеть детально синусоиду при работе на максимальном приближении.

Длина записи и память прибора

Две связанные величины, прописываемые иногда в характеристиках на английском языке как Record Length и Memory Depth. Чем медленнее скорость развертки, тем больше заполняется память аппарата. Если последней не хватает, прибор будет автоматически снижать частоту оцифровки, чтобы защитить хранилище от переполнения.

Для качественной работы важно наличие памяти именно выборок (от 1 Мегасемпов). Просто увеличенное ОЗУ процессора не спасет ситуацию, поскольку при оцифровке задействуется другой тип быстрой памяти. Для примера: при полосе пропускания 50 МГц и установке 10 выборок на период, частота выборок составит 500 мегавыборок за одну секунду. Запустив сигнал с периодом в 20 мс, аппарат произведет 10 млн выборок. В таком случае ему придется запомнить 1 байт на выборку. Для визуализации процесса за указанный период понадобится размер памяти 10 МБ. Если ее не хватит, тестер автоматически снизит частоту.

Режим сегментированной памяти

Если требуются длительные процессы измерений, некоторые цифровые осциллографы поддерживают режим сегментированной памяти. Благодаря ему работа может вестись непрерывно хоть неделю, но фиксироваться будет не весь сигнал, а только его нужные фрагменты (сегменты, выбранные пользователем в меню). Это позволяет записать данные с высокой частотой дискретизации и не переполнить память ненужными деталями. Просмотр записанных фрагментов всех разом поможет заметить отклонения на большом временном отрезке.

Временная погрешность

На шкале, внутри которой нарисована синусоида сигнала, вертикальные линии обозначают напряжение, а горизонтальные — временной интервал. Временная погрешность сказывается на общей точности прибора. Для больших интервалов это не важно, а вот на коротких периодах характеристика играет ключевую роль. Небольшой погрешностью этого типа обладает осциллограф DT9989, у которого на 24 часа отклонение достигает не более 5 секунд.

Время нарастания

Характеристика означает, как быстро осциллограф начнет оцифровывать сигнал после входа сигнала. Чем это время короче, тем лучше, поскольку меньше «потеряется» данных у первого сигнала. У приводимой нами ранее модели DT9989 эта характеристика составляет всего 17.5 ns.

Входное сопротивление и емкость

Рабочая характеристика прибора, влияющая на «чистоту» входящего сигнала. Если входное сопротивление 1 МОм и выше, а входная емкость до 40 pF, то измеряемый сигнал поставляется без искажений, что важно для последующей обработки. Еще лучше, когда входная емкость 15 pF, что делает кривую максимально чистой.

Эквивалентный режим

Полезная характеристика для получения более точных данных с искусственным повышением дискретизации. Суть в следующем:

1. Подается одинаковый периодический сигнал.
2. Делается первая запись.
3. Подается тот же сигнал во второй раз, но с небольшим смещением.
4. Выполняется вторая запись.
5. После множественных циклов записи накладываются друг на друга.

Благодаря этому достигается высокая частота оцифровки — возможно даже до 50 ГГц, хотя физически использовалась характеристика 500 МГц. Удобно, но функция подойдет только для повторяющихся, а не однократных сигналов.

Способы связи с ПК

Поскольку цифровые осциллографы довольно компактны, для большей визуализации процессов и последующей обработки данных в некоторых из них предусмотрены способы связи с компьютерами. Если коммуникация осуществляется через кабель, то на корпусе прибора имеется разъем. Для передачи данных потребуется вставить USB кабель в гнездо ПК или ноутбука. Проверяемая микросхема должна быть рядом. Разъемы для физической связи постепенно разбалтываются при частом использовании и нуждаются в ремонте.

Более современные осциллографы оснащаются беспроводной связью Bluetooth, позволяющей передавать данные на ПК с расстояния до 10 м. Это не требует переноса проверяемого оборудования к компьютеру, поскольку действия происходят удаленно. Особенно удобно для крупных агрегатов, чтобы сэкономить силы и время — замерить выходящие сигналы оборудования можно на месте.

В самых «продвинутых» версиях можно взаимодействовать со смартфонами. Для этого осциллограф связывается по Bluetooth с телефоном, на котором установлено приложение. Тестер передает информацию, а все расчеты выполняются в «облаке» — на телефон приходят уже готовые данные. Это упрощает сбор, анализ и хранение информации, но смартфон должен быть подключен к Wi-Fi или в нем должен быть активным мобильный высокоскоростной интернет.

Время автономности

Еще одной технической характеристикой осциллографов является время автономности, зависящее от типа батареи и ее емкости. Оптимально, чтобы это был Ион-литиевый аккумулятор. Тогда владелец сможет заряжать его в любое время и не тратиться дополнительно на батарейки. Емкость АКБ от 1500 мАч позволит забыть о необходимости в подзарядке на месяцы. Вы никогда не столкнетесь с ситуацией, когда нужно быстро оценить сигнал с микросхемы, а тестер не включается. У осциллографа DT9989 емкость аккумулятора с напряжением 8.4 В еще больше и составляет 2300 мАч.

Цифровые осциллографы имеют множество рабочих параметров, характеристики которых однозначно превосходят аналоговые версии. Среди их преимуществ: быстродействие, автоматические расчеты, высокая точность и компактность. Если прибор имеет способы передачи данных на ПК, то это выведет обслуживание и ремонт оборудования на новый уровень.

Основные параметры современного осциллографа

Осциллограф представляет собой электроннолучевой прибор, предназначенный для наблюдения функциональной связи между несколькими (двумя или более) величинами. Речь может идти о параметрах и функциях; преобразованными в электрические или же электрическими.

Сигналы функции и параметра подают на перпендикулярные отклоняющие пластины специальной осциллографической электроннолучевой трубки. Проводится наблюдение, измерение. Обязательно фотографируют графическое изображение именно зависимости на экране трубки. Данное изображение называется осциллограммой. Как правило, осциллограмма изображает формы электрического сигнала непосредственно во времени. По осциллограмме определяется полярность, амплитуда и длительность сигнала.

Следует отметить, что каждый сигнал, который снимается при помощи такого аппарата, как осциллограф, может быть описан следующими основными параметрами:

— Амплитуда. Речь идет о разности минимального и максимального напряжений сигнала в пределах одного периода.
— Период. Имеется в виду длительность одного цикла измеряемого сигнала.
— Ширина. Длительность импульса (мс, мкс).
— Частота – количество исследуемых циклов в секунду (Гц).
— Скважность – параметр, которые определяется соотношением периода повторения непосредственно к ширине.
— Форма сигнала. Имеется в виду последовательность прямоугольных импульсов, пилообразные импульсы, синусоида, единичные выбросы и т.п.

В целом можно подчеркнуть, что характеристики неисправного устройства всегда значительно отличаются от эталонных. Это и позволяет оператору быстро и легко визуально выявлять отказавший компонент.

Сигналы постоянного тока — исследуется только напряжение сигнала.
Сигналы переменного тока – исследуются частота, амплитуда и форма сигнала.
Частотно-модулированные сигналы – помимо амплитуды, частоты, формы сигнала еще анализируется ширина периодических импульсов.

Сигналы, которые модулируются по ширине импульса, — исследуются частота, амплитуда, форма сигнала, а также скважность периодических импульсов.

В целом форма сигнала, что выдает осциллограф, зависит от многих факторов, а поэтому в значительной мере она может изменяться.

 

Современные осциллографы, их назначение и виды

Основные технические характеристики осциллографа HDS1022

     

Полоса пропускания осциллографа	20 MHz
Макс. частота дискретизации	в реальном времени 100 MHz
Количество каналов	2
Глубина памяти	6K, вертикальное разрешение 8bit.
Режимы синхронизации	АВТО, НОРМ, ОДНОКРАТНЫЙ, ВИДЕО (поля или строки), подключаемые фильтры НЧ и ВЧ
Автоматические измерения	5 параметров
Регистрация
Режимы регистрации	нормальный пиковый детектор усреднение
Максимальная скорость выборки	100 Мвыб/с
Вход
Связь входа	открытый вход (DC), закрытый вход (АС)
Импеданс входа	1МОм±2% параллельно с 20пФ±ЗпФ
Коэффициенты ослабления пробника	1X, 10Х, 100Х, 1000Х
Максимальное входное напряжение	400Впик
По горизонтали
Диапазон скоростей выборки	10выб/с~250Мвыб/с
Интерполяция осциллограммы	(sin x)/x
Длина записи	6 тыс. точек для каждого канала
Диапазон коэффициентов время/дел.	5нс/дел.~5с/дел. с шагом из ряда 1-2-5
Погрешность измерения интервала времени (DC~50M)	однократный сигнал: ±(время выборки + 10-4 х измеренное значение + 0.6нс) усреднение >16: ±(время выборки + 10-4 х измеренное значение + 0.4нс)
По вертикали
Аналогово-цифровой преобразователь	8 бит, синхронная оцифровка двух каналов.
Диапазон коэффициентов В/дел.	5мВ/дел.~5В/дел. на входе BNC
Диапазон смещения	±50В (500мВ/дел.~5В/дел.), ±2В (5мВ/дел.~200мВ/дел.)
Полоса пропускания аналогового сигнала	20 МГц
Полоса пропускания при регистрации однократного сигнала	полный диапазон
Низкочастотный предел для закрытого входа (уровень -ЗдБ)	>5Гц (на входе BNC)
Время нарастания на входе BNC, (типовое)	<17.5hc
Погрешность коэффициента усиления при постоянном токе	±5%
Погрешность измерения при постоянном токе (режим усреднения)	погрешность напряжения (AV) между двумя точками осциллограммы при усреднении >16 осциллограмм: ±(5% измеренного значения + 0.05 деления).
Синхронизация
Чувствительность запуска (запуск по фронту)	связь по постоянному току (DC)	каналы СН1 и СН2: 1дел. (0Гц~полный диапазон)
	связь по переменному току (АС)	каналы СН1 и СН2: 1дел. (при частоте сигнала >50Гц)
Диапазон порога запуска		±6 делений от центра экрана
Погрешность уровня запуска (типовая) для сигнала с нарастанием и спадом >20нс	±0.3 деления
Смещение момента запуска	655 делений до запуска и 4 деления после запуска
Установка уровня на 50% (типовое)	для входного сигнала с частотой >50Гц
Чувствительность запуска (от видео и обычный режимы)	2 деления от пик до пика
Частота и стандарты видеосигналов (синхр. от видеосигнала)	поддерживает стандарты NTSC, PAL и SECAM при любой частоте кадров и строк
Режимы измерений
Курсорные измерения	напряжение (AV) и временной интервал (AT) между курсорами
Автоматические измерения	Uампл, Uсред, Uэфф, частота и период
Пробник	Ослабление 1X	Ослабление 10Х
Полоса пропускания	0Гц~6МГц	0Гц~полный диапазон
Коэффициент ослабления	1:01	10:01
Диапазон компенсации	10пФ~35пФ
Входное сопротивление	1МОм±2%	10МОм±2%
Входная емкость	85пФ~115пФ	14.5пФ~17.5пФ
Максимальное входное напряжение	150В постоянного тока	300В постоянного тока
Мультиметр
Погрешность определяется как ±(% от показания ± число значений единицы младшего разряда: D)
Напряжение постоянного тока (VDC)
Импеданс входа: 10МОм. Максимальное входное напряжение: 1000В (постоянного тока или амплитуда для переменного тока)
Диапазон	Погрешность	Разрешение
400.0мВ	±1%± 1D	100мкВ
4.000В		1мВ
40.00В		10мВ
400.0В		100мВ
Напряжение переменного тока (VAC)
Импеданс входа: 10МОм. Максимальное входное напряжение: 750Вэфф. Диапазон частот: 40-400Гц. Индицируется значение, приведенное к действующему для синусоидального сигнала.
Диапазон	Погрешность	Разрешение
4.000В	±1%±3D	1мВ
40.00В		10мВ
400.0В		100мВ
Постоянный ток (DC)
Диапазон	Погрешность	Разрешение
40.00м А	±1%± 1D	10мкА
400.0мА	±1.5% ± 1D	100мкА
20А	±3%±3D	10мА
40.00м А	±1.5%± 3D	10мкА
400.0мА	±2%± 1D	10мкА
20А	±5%±3D	10мА
Сопротивление
Диапазон	Погрешность	Разрешение
400.0 Ом	±1%±3D	0.1 Ом
4.000кОм	±1%± 1D	1 Ом
40.00кОм		10 Ом
400.0кОм		100 ОМ
4.000МОм		1 кОм
40.00МОм	±1.5% ± 1D	10 кОм
Емкость
Диапазон	Погрешность	Разрешение
51.20нФ	±3%±3D	10 пФ
512.0нФ		100 пФ
5.120мкФ		1 нФ
51.20мкФ		10 нФ
100мкФ		100 нФ
Проверка диодов
Показание напряжения:	0В ~ 1.5В.
«Прозвонка» цепи:	Звуковой сигнал при сопротивлении менее 30 Ом.
Общие характеристики
Габаритные размеры	180мм х 115мм х 40мм
Масса	645г
Потребляемая мощность	<7Вт
Тип дисплея	3.8 дюйма, жидкокристаллический
Разрешение дисплея	320 (горизонталь) х240 (вертикаль) пикселов
Палитра дисплея	4096 цветов
Сетевой адаптер
Параметры сети	100-240В 50/60Гц
Выходное напряжение постоянного тока	8.5В
Выходной ток	1500мА

Как выбрать цифровой осциллограф в 2021 г. [Руководство]

Для тех, кто занимается разработкой, изготовлением или ремонтом электронного оборудования, основным рабочим прибором всегда был, есть и будет (мы очень на это надеемся 🙂 ) цифровой осциллограф.

Данное руководство посвящено ответу на вопрос: «как выбрать цифровой осциллограф?».

Оглавление:

1. Критерии выбора цифрового осциллографа
   1. Полоса пропускания
   2. Время нарастания
   3. Согласованные пробники
   4. Количество каналов
   5. Частота дискретизации
   6. Система запуска
   7. Длина записи
   8. Навигация и анализ
   9. Поддержка приложений
   10. Простое управление
   11. Интерфейсы подключения
   12. Самое главное требования при выборе осциллографа
   13. Примеры цифровых осциллографов
   14. Задать вопрос / оставить комментарий

Прежде чем понять, как правильно выбрать цифровой осциллограф, стоит понимать, что он из себя представляет и зачем он Вам нужен.

Цифровой запоминающий осциллограф:

• Захватывает, сохраняет и отображает сигналы
• Отображает высокоскоростные периодические или непериодические сигналы, поступающие на входной канал
• Измеряет частоту сигнала, искажения, вносимые неисправным компонентом, уровень шумов, изменение шума во времени и множество других параметров

Осциллограф какой бы марки вы не выбрали ( Tektronix, Rohde & Schwarz, Keysight) должен не только соответствовать характеру вашей работы, но и:

• Точно регистрировать сигналы
• Обладать функциями, расширяющими ваши возможности и позволяющими сэкономить время
• Иметь гарантированные технические характеристики, подтвержденные документально

Точность. Вы должны точно знать, какие сигналы собираетесь исследовать: звуковые сигналы и аналоговые сигналы датчиков или импульсы и ступеньки (цифровые сигналы). Если вы работаете с цифровыми сигналами, то будете ли вы измерять длительность перепадов, или вас интересуют лишь примерные временные соотношения? Будете ли вы использовать осциллограф для измерения характеристик разрабатываемой схемы, или в основном он нужен вам для отладки? В любом случае изначально точный захват сигнала важнее любой последующей обработки – ваши решения должны опираться на точную исходную информацию, которую затем вы всегда сможете обработать на ПК.

Возможности.  Следует учитывать не только те схемы, которые вы разрабатываете сегодня, но и те, что будете создавать завтра. Высококачественный осциллограф с широкими возможностями верно прослужит вам долгие годы.

Гарантированные характеристики цифровых осциллографов.  Убедитесь, что все характеристики, связанные с необходимыми видами измерений, отмечены в техническом описании, как «гарантированные». Если значения параметров указаны, как «типовые», они являются статистической характеристикой и не могут использоваться для выполнения достоверных измерений в соответствии с общепринятыми стандартами качества. Ниже будут перечислены основные параметры цифровых осциллографов.

Какие бывают типы цифровых осциллографов? Ёлка в вашем осциллографе 🙂

Критерии выбора цифрового осциллографа

1.Полоса пропускания цифрового осциллографа

Системная полоса пропускания цифрового осциллографа определяет главную способность цифрового запоминающего осциллографа измерять аналоговый сигнал – максимальный диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение.

Что необходимо учитывать

• Осциллографы начального уровня обычно обладают максимальной полосой пропускания 100 МГц. Они могут точно (в пределах 2 %) показывать амплитуду синусоидальных сигналов частотой до 20 МГц
• Для цифровых сигналов осциллограф должен захватывать основную, третью и пятую гармоники, иначе в осциллограмме будут отсутствовать важные детали. Поэтому для достижения погрешности не более ±2 % полоса пропускания осциллографа с учетом пробника должна, как минимум, в 5 раз превышать максимальную полосу сигнала – «правило пятикратного превышения». Это необходимо и для точного измерения амплитуды
• Поэтому для высокоскоростных цифровых сигналов, сигналов последовательных шин, видеосигналов и других сложных сигналов может потребоваться осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше

Рис 1. Полоса пропускания определяется как полоса частот, в пределах которой входной синусоидальный сигнал ослабляется осциллографом не более чем до 70,7 % или по уровню –3 дБ (по уровню половинной мощности), как показано на данном рисунке для осциллографа с полосой пропускания 1 ГГц.

При выборе осциллографа — это один из главных факторов.

2. Время нарастания цифрового осциллографа

При работе с аналоговыми схемами основным критерием пригодности осциллографа является полоса пропускания. При исследовании импульсных или многоуровневых сигналов с крутыми фронтами наиболее важно, насколько точно осциллограф измеряет длительность фронта.

Что необходимо учитывать

• Чем меньше время нарастания осциллографа, тем точнее он может передать тонкие детали быстрых перепадов. Кроме того, этот параметр важен для точного измерения времени
• Время нарастания определяется, как k/(Полоса пропускания), где k лежит в диапазоне от 0,35 (для осциллографов с полосой <1 ГГц) до 0,40 –0,45 (>1 ГГц)
• Аналогично полосе пропускания, время нарастания осциллографа должно быть в 5 раз меньше минимальной длительности фронта исследуемого сигнала. Например, для измерения фронта длительностью 4 нс, время нарастания осциллографа должно быть не более 800 пс. Примечание. Как и для полосы пропускания, соблюдение этого простого правила возможно не всегда
• Для измерения сигналов ТТЛ и КМОП может потребоваться время нарастания 300-400 пс

Рис 2. Ваш осциллограф должен быть достаточно быстродействующим для точного захвата быстрых переходных процессов.

3. Согласованные пробники

Точные измерения начинаются с наконечника пробника. Полоса пропускания пробника должна соответствовать полосе пропускания осциллографа (с учетом «правила пятикратного превышения»), и при этом пробник не должен создавать излишнюю нагрузку на цепи тестируемого устройства.

Что необходимо учитывать

• При подключении пробника к тестируемому устройству он становится составной частью измеряемой цепи, внося в нее свое сопротивление, емкость и индуктивность, которые способны повлиять на результаты измерения. Для минимизации такого влияния лучше использовать пробники и осциллографы одного производителя, образующие интегрированное решение
• Важную роль играет нагрузка на исследуемую цепь. Активная нагрузка стандартного пассивного пробника обычно имеет приемлемое значение 10 МОм и выше. А вот его емкостная нагрузка 10, 12 или даже 15 пФ может создавать серьезные проблемы для измерения на высоких частотах
• Выбирая осциллограф среднего ценового диапазона, обращайте внимание, чтобы пробники имели входную емкость не более 10 пФ. Лучшие пассивные пробники обладают полосой пропускания 1 ГГц и входной емкостью менее 4 пФ ( Например, Tektronix TPP1000)

Рис 3. Выбирая пробник, подготовьте ответы на следующие вопросы. Что вы планируете измерять – напряжение, ток или и то, и другое? Какова частота исследуемого сигнала? Велика ли амплитуда? Высокое или низкое выходное сопротивление имеет тестируемое устройство? Нужны ли вам дифференциальные измерения? Выбор пробников зависит от того, с какими устройствами и сигналами вы собираетесь работать.

Поэтому, задача не только в том, как выбрать цифровой осциллограф, но и как пользоваться осциллографом.

Используйте несколько пробников. Для начала выберите пассивные пробники с широкой полосой пропускания и малой входной емкостью. Активные несимметричные пробники имеют полосу пропускания от 1-4 ГГц, а дифференциальные – до 20 ГГц и выше. Добавив токовый пробник, вы сможете использовать осциллограф для расчета и отображения мгновенной мощности, активной мощности, полной мощности и фазы. Высоковольтные пробники могут измерять напряжения до 40 кВ пикового значения. Специальные пробники включают логические, оптические, тепловые и др.

4. Сколько нужно каналов для выбора осциллографа?

Цифровые осциллографы оцифровывают сигнал, поступающий на входные аналоговые каналы, а затем сохраняют и отображают полученные значения. Обычно, чем больше каналов, тем лучше, хотя дополнительные каналы увеличивают цену прибора.

Что необходимо учитывать

• Сколько каналов выбрать – 2, 4, 8 или 16 – зависит от вашего приложения. Два или четыре аналоговых канала позволят измерять и сравнивать временные характеристики сигналов аналоговых устройств, тогда как отладка цифровой системы, использующей параллельную передачу данных, может потребовать 8 или 16 дополнительных каналов, а возможно и больше. Например, осциллограф MSO58 имеет 8 аналоговых или 64 цифровых канала
• Осциллографы смешанных сигналов предлагают дополнительные цифровые каналы ( цифровой вход осциллографа), которые отображают только два логических уровня и могут представлять их в виде сигнала шины. Комбинированные осциллографы ( например, MDO4104С) имеют отдельный РЧ вход для выполнения высокочастотных измерений в частотной области
• Какую модель бы вы ни выбрали, все каналы должны обладать достаточным диапазоном частот, линейностью, точностью усиления, равномерностью АЧХ и стойкостью к статическому разряду
• Некоторые приборы в целях экономии используют общую для нескольких каналов систему дискретизации. Будьте осторожны – в этом случае частота дискретизации может снижаться в зависимости от числа используемых каналов
• Изолированные каналы упрощают измерения с гальванической развязкой. В отличие от осциллографов с несимметричным входом, «общие» проводники входных каналов могут быть изолированы друг от друга и от «земли». Например, серия осциллографов Tektronix TPS2000B или Rohde & Schwarz Scope Rider

Рис 4. Комбинированные осциллографы (MDO) не только предлагают аналоговые и цифровые каналы, как и осциллографы смешанных сигналов (MSO), но и имеют отдельный РЧ вход, сигнал которого можно анализировать в частотной области.

5. Частота дискретизации цифрового осциллографа

Частота дискретизации осциллографа подобна частоте кадров видеокамеры. Она определяет количество мелких деталей сигнала, которые может захватить и отобразить осциллограф.

Что необходимо учитывать

• Частота дискретизации (число выборок в секунду) показывает, насколько часто осциллограф делает выборки сигнала. Как и ранее, рекомендуется придерживаться «правила пятикратного превышения»: частота дискретизации должна не менее чем в 5 раз превышать наивысшую частотную составляющую измеряемого сигнала
• Минимальная частота дискретизации тоже может иметь важное значение, если нужно исследовать медленно меняющиеся сигналы в течение длительного времени
• Большинство осциллографов начального уровня имеют максимальную частоту дискретизации от 1 до 2 Гвыб./с, тогда как осциллографы среднего ценового диапазона могут предлагать от 5 до 10 Гвыб./с
• Чем выше частота дискретизации, тем меньше теряется информации, и тем лучше осциллограф представляет исследуемый сигнал. Но при этом память заполняется быстрее, что ограничивает интервал захвата

Рис 5. Точность отображения сигнала зависит от частоты дискретизации и от используемого метода интерполяции.

Линейная интерполяция соединяет выборки сигнала прямыми линиями, но такой подход ограничен реконструкцией сигналов с прямыми участками.

Интерполяция «sin x/x» представляет собой математический процесс, в котором для заполнения промежутков между реальными выборками рассчитываются дополнительные точки. Эта форма интерполяции хорошо работает для сигналов криволинейной формы и непериодических сигналов, которые в реальных схемах встречаются значительно чаще, чем чистые меандры или импульсы.

Следовательно, интерполяция «sin x/x» более предпочтительна для приложений, где частота дискретизации превышает полосу пропускания системы от 3 до 5 раз.

Для захвата глитчей нужна скорость.  Теорема Котельникова гласит, что для точной реконструкции сигнала частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать его наивысшую частотную составляющую.

Однако это соотношение определяет абсолютный минимум, который применим только к синусоидальным и периодическим сигналам. Глитчи по определению являются непериодическими, поэтому дискретизация с удвоенной частотой наивысшей составляющей обычно недостаточна. Вывод: высокая частота дискретизации повышает разрешение, позволяя увидеть накладывающиеся друг на друга события.

6. Гибкая система запуска

Система запуска обеспечивает стабильное изображение и позволяет выделять конкретные фрагменты сложных сигналов.

Что необходимо учитывать

• Все осциллографы обеспечивают запуск по фронту, и большинство – по длительности импульса
• Для захвата специфических аномалий и более эффективного использования длины записи выбирайте осциллограф, имеющий расширенные режимы запуска для более сложных сигналов
• Чем шире выбор условий запуска, тем выше гибкость использования осциллографа (и тем быстрее вы сможете выявлять причины возникающих проблем):
  
  • запуск по последовательности событий А и В, задержка по времени или по событиям;
  • запуск по строке или кадру видеосигналов стандартной и высокой четкости;
  • запуск по условию – скорость нарастания, глитч, длительность импульса, время ожидания, рант, время установки и удержания;
  • запуск по сигналам последовательных (I2C, SPI, CAN/LIN, USB …) и параллельных шин

Рис 6. Запуск позволяет начать горизонтальную развертку с нужной точки сигнала, а не просто с того места, где закончилась предыдущая развертка. При однократном запуске происходит захват по всем каналам одновременно.

Расширенные функции запуска помогают найти нужную информацию. Запуск по заданным условиям позволяет выделить определенный участок осциллограммы и обнаружить аномалии. Функции запуска можно настроить на специальные условия во входном сигнале, облегчая, например, обнаружение импульсов, длительность которых меньше заданной

7. Длина записи

Длина записи – это число точек, из которых состоит зарегистрированная осциллограмма. Осциллограф имеет ограниченный объем памяти для записи выборок, поэтому чем больше объем памяти, тем большую длину записи можно получить.

Что необходимо учитывать

• Время захвата = длина записи / частота дискретизации. Например, при длине записи 1 млн. точек и частоте дискретизации 250 Мвыб./с осциллограф может захватывать сигнал в течение 4 мс. Правильное понимание этого параметра поможет Вам выбрать осциллограф именно под Ваши задачи
• Современные осциллографы позволяют выбирать длину записи, оптимизируя уровень детализации в соответствии с вашим приложением
• Хороший осциллограф общего назначения может сохранить более 2000 точек, чего более чем достаточно для стабильного синусоидального сигнала (требующего как минимум 500 точек). Но для отыскания причин аномалий в сложных последовательных потоках данных лучше выбрать осциллограф с цифровым люминофором (DPO) с длиной записи 1 млн. точек или больше.
• Для регистрации переходных процессов или поиска непериодических сигналов, таких как джиттер, искаженные импульсы или глитчи, выбирайте осциллограф, начиная со среднего ценового диапазона, сочетающий большую длину записи с высокой скоростью обновления осциллограмм.

Рис 7. Поскольку осциллограф может сохранять лишь ограниченное число выборок, временное окно захвата осциллограммы обратно пропорционально частоте дискретизации осциллографа. Время захвата = Длина записи / Частота дискретизации.

Получите полную картину. Достаточно детальный захват для декодирования сигнала шины USB требует высокого разрешения по времени (200 пс). Регистрация нескольких пакетов требует продолжительного времени захвата (200 мкс). Чтобы отобразить и то и другое, нужен осциллограф с большой длиной записи (1 млн. точек).

8. Система навигации и анализа

Поиск определенных аномалий формы сигнала можно сравнить с поиском иголки в стоге сена. Вам понадобятся средства, автоматизирующие этот процесс и ускоряющие получение результата.

Что необходимо учитывать

• Функция масштабирования и панорамирования позволяет растягивать интересующий участок осциллограммы и перемещать окно обзора назад и вперед по шкале времени
• Функция воспроизведения и паузы автоматически перемещает окно обзора по осциллограмме. Это позволяет освободить руки и сконцентрироваться на самом сигнале
• Маркеры позволяют помечать интересующие события. Для быстрого перехода между маркерами и простого измерения временных интервалов можно использовать органы управления передней панели
• Функция поиска и маркировки позволяет просматривать всю захваченную осциллограмму и автоматически отмечать появления определенных пользователем событий
• Расширенный поиск позволяет определять различные критерии, аналогичные условиям запуска, в соответствии с которыми будут автоматически обнаруживаться и помечаться события в захваченном сигнале.

Рис 8. Осциллографы с длиной записи в миллионы точек могут выполнять захват в течение длительного времени, что очень важно для исследования сложных сигналов. Расстановка маркеров помогает, например, измерять задержки на шине CAN.

9. Расширенная поддержка приложений

Лучшие осциллографы имеют прикладное программное обеспечение для диагностики оптических и электрических схем и тестирования на соответствие стандартам.

Что необходимо учитывать

• Приложения для измерения целостности сигнала и джиттера позволяют глубже анализировать проблемы качества сигнала в цифровых системах, выявлять причины их возникновения и оценивать их влияние
• РЧ приложения предоставляют возможность представления сигналов в частотной области и анализа с помощью спектрограмм и кривых зависимости амплитуды, частоты и фазы от времени.
• Поддержка отладки встраиваемых систем со смешанными аналоговыми и цифровыми сигналами, параллельными и последовательными шинами, такими как CAN/LIN, I2C, SPI, FlexRay, MOST и другие.
• Прикладное ПО для учебных заведений: чтобы создавать технологии следующего поколения, студенты, изучающие электронику, должны научиться разбираться в сложных электронных схемах

Рис 9. Устойчиво ли работает ваш импульсный источник питания? Средства автоматического анализа позволяют измерять каждый параметр одним нажатием кнопки, предлагая быстрый и точный анализ области безопасной работы (ОБР), качества питающего напряжения, коммутационных потерь, гармоник, модуляции, пульсаций и скорости нарастания выходного тока и напряжения (di/dt, dv/dt).

10. Простое управление

Осциллографы должны быть просты в управлении даже для неопытных пользователей. Интерфейс пользователя дает существенный вклад во время решения инженерной задачи.

Что необходимо учитывать

• Часто используемые функции должны иметь отдельные органы управления
• Кнопки автоматической настройки и сброса к значениям по умолчанию позволяют мгновенно настроить прибор
• Осциллограф должен иметь быстрый и четкий отклик на органы управления
• Интерфейс осциллографа должен поддерживать ваш родной язык, включая соответствующие накладки для передней панели

Рис 10. Многие люди пользуются осциллографом не каждый день. Интуитивное управление позволяет даже неопытным пользователям чувствовать себя комфортно, в то же время предлагая опытным пользователям простой доступ к наиболее востребованным функциям. Для использования как в лабораторных, так и в полевых условиях выпускается множество моделей портативных осциллографов.

11.Интерфейсы и возможности расширения

Непосредственное подключение осциллографа к компьютеру или передача данных через сменные носители позволяет выполнять расширенный анализ, упрощает документирование и обмен результатами измерений.

Что необходимо учитывать

• Обратите внимание на осциллографы, обеспечивающие доступ к рабочему столу Windows, имеющие функции распечатки на сетевом принтере и предоставляющие общий доступ к ресурсам
• Проверьте, может ли осциллограф использовать программное обеспечение сторонних производителей для анализа, документирования и автоматизации измерений
• Нужен ли вам доступ в интернет для обмена с коллегами результатами измерений в режиме реального времени?
• Можно ли расширить возможности осциллографа в соответствии с изменяющимися потребностями? Например, добавить:
  • память для анализа записей большей длины;
  • специальные приложения для измерений;
  • различные пробники и модули;
  • такие принадлежности, как аккумуляторные батареи и комплекты для монтажа в стойку;
  • программное обеспечение для управления осциллографом с компьютера, выполнения
  • автоматических измерений, регистрации и экспорта осциллограмм.

Рис 11. К стандартным интерфейсам осциллографа относятся GPIB, RS-232, USB, Ethernet, LXI, а также интерфейсы для связи с сетевыми коммуникационными модулями. Интерфейс USB широко используется для сохранения осциллограмм, результатов измерений и наборов настроек на флэш- накопителях. PictBridge позволяет использовать осциллограф в качестве цифровой камеры. Порт VGA обеспечивает подключение внешнего монитора.

… и, наконец, учтите душевный комфорт!

Конечно, приобретая осциллограф, вы заплатите за него определенную сумму, но во что выльются последующие эксплуатационные расходы?

Ознакомьтесь со стоимостью услуг по поддержке прибора, предлагаемых производителем, и оцените, насколько они увеличивают ваши расходы и продлевают срок службы осциллографа.

К таким услугам относятся обучение по месту установки, системная интеграция, управление проектами и другие профессиональные услуги, которые помогут повысить эффективность прибора и позволят выполнять точные и достоверные измерения.

Удобные пакеты дополнительных услуг и такие виды поддержки, как расширенная гарантия, могут сэкономить деньги в долговременной перспективе и избавить от ненужных волнений.

Бюджетные цифровые осциллографы

Осциллографы начального уровня

Осциллографы смешанных сигналов

Продвинутый анализ сигналов

Осциллографы Hi-end класса

1. Просто позвоните по телефону: +7 (499) 391-90-77
   
2. Или напишите на почту: [email protected]

| Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов

Для двух синусоидальных напряжений, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую частоту и амплитуду при одинаковой чувствительности осциллографа по вертикальной и горизонтальной схеме, наблюдаемая фигура изображается прямой линией, составляющей с горизонтальной осью угол .

В случае неравенства амплитуд угол наклона прямой приобретает другие значения, лежащие в пределах от 0 до . При наличии сдвига фаз напряжениями на экране появляется эллипс, который расширяется с увеличением сдвига фаз и превращается в окружность, когда угол становится равным .

Рис. 5 Фигуры Лиссажу для разного соотношения частот и различных углов сдвига фаз .

Фигуры Лиссажу позволяют определить частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, относительно другого напряжения известной частоты. Для этого исследуемое напряжение подают на одну пару отклоняющих пластин, а на другую пару подают известное напряжение от генератора стандартных частот. Изменяя частоту генератора, получают какую либо фигуру и по ней определяют частоту и угол сдвига фаз исследуемого напряжения, так как каждая фигура соответствует конкретному отношению частот и углу сдвига фаз.

УСИЛИТЕЛИ

Для повышения чувствительности электронные осциллографы обычно имеют два усилителя. Один усиливает исследуемое напряжение. Так как это напряжение подается на пластины, смещающие луч в вертикальном направлении, то этот усилитель называется вертикальным усилителем. Второй усилитель усиливает напряжение, подаваемое на «горизонтальные» пластины» и называется горизонтальным усилителем.

БЛОК ПИТАНИЯ

Для работы электронно-лучевой трубки требуется довольно высокое постоянное напряжение. Кроме того, постоянное напряжение необходимо для работы усилителей и генератора развертки, а низковольтное переменное необходимо для питания нити накала ЭЛТ. Назначение блока питания заключается в обеспечении осциллографа постоянным напряжением требуемой величины.

Блок питания содержит выпрямитель и фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. На выходе обычно включается делитель напряжения, с которого снимаются требуемые напряжения.

Напряжение на сетке всегда отрицательно и имеет величину порядка нескольких десятков вольт.

Основные технические характеристики электронно-лучевых осциллографов.

ОСЦИЛЛОГРАФ C1-67

Предназначен для визуального наблюдения формы электрических сигналов и измерения их параметров.

ОБЩИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Количество лучей (каналов) ЭЛТ – однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений — 28 мВ – 200 В

Диапазон измеряемых интервалов времени — 0,2 мкс – 0,2 с

Полоса пропускания — 0 – 10 МГц

Погрешность измерения амплитуды сигнала — Не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени — Не более 5 %

Ширина линии луча — 0,6 мм

Рабочая площадь экрана по горизонтали — 60 мм

Рабочая площадь экрана по вертикали — 42 мм

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА Y :

Чувствительность — 10 мВ/дел – 20 В/дел

Входное сопротивление канала — 1 Мом

Входная емкость канала — 40 пФ

ПАРАМЕТРЫ КАНАЛА X:

Длительность развертки минимальная — 0,1 мкс/дел

Длительность развертки максимальная — 20 мс/дел

Амплитуда сигналов внешней синхронизации — 0,5 – 20 В

Диапазон частот внешней синхронизации — 5 Гц – 10 МГц

Входное сопротивление осциллографа достаточно велико, а входная емкость достаточно мала, что позволяет пренебречь искажением измеряемого сигнала при его подключении к осциллографу.

 Осциллографы имеют ручки ступенчатого переключения длительности развертки с указанием цены деления сетки (или частота развертки) и ручки коэффициента отклонения по оси У (или коэффициент усиления по вертикали) с ценой деления клетки сетки по вертикали.

Применение электронно-лучевого осциллографа (ЭЛО)

при измерении временных параметров

К временным параметрам следует отнести период колебаний электрических сигналов, скважность прямоугольных импульсов, длительность импульсов. Зная период колебаний можно определить частоту электрических колебаний.

Для их определения необходимо подключить на вход Y осциллографа исследуемый сигнал. Пользуясь ручками переключения длительности развертки по оси Х (влияет на масштаб периода видимого сигнала и устойчивость изображения), ручками коэффициента отклонения по оси У (влияет на масштаб амплитуды видимого изображения на экране), ручками фокусировки (влияет на толщину линии изображения сигнала), ручками яркости (влияет на яркость линии изображения), ручками внутренней или внешней синхронизации изображения (устанавливается изображение неподвижным), добиться устойчивого изображения на экране одного или нескольких периодов колебаний.

Пример измерения периода и частоты гармонических колебаний.

Определив по экрану ЭЛО сколько клеточек NT масштабной сетки помещается в одном периоде Т , и зная цену клеточки (деления) nt по ручке переключения длительности развертки, можем определить длительность периода Т в единицах времени.

Т = NT*nt = 16*20 = 320 мс = 0,320 с;

 Зная период Т колебаний можно определить частоту колебаний ƒ:

ƒ=1/Т=1/0,320=3,125 Гц.

Применение ЭЛО при измерении амплитудных параметров электрических сигналов

Основным режимом работы электронных осциллографов является режим непрерывной развертки, пригодный для наблюдения любых непрерывных периодических сигналов и последовательностей импульсов с малой скважностью.

В этом режиме генератор развертки формирует периодическое пилообразное напряжение, синхронное с исследуемым сигналом.

Исследуемый сигнал, поданный на вход Y, может вызвать слишком большое или, наоборот, очень малое отклонение луча по вертикали. В этом случае с помощью ручек «Ослабление» или «Усиление» канала Y добиваются требуемого размера изображения на экране ЭЛТ.

Переключатель длительности развертки следует экспериментально установить в такое положение, при котором на экране ЭЛТ будет наблюдаться один или несколько периодов исследуемого сигнала.

Для устойчивости изображения на экране ЭЛТ следует синхронизировать колебания генератора развертки с ис­следуемым сигналом.

Яркость и фокусировку при этом необходимо от­регулировать так, чтобы изображение исследуемого сигна­ла было максимально четким.

Непериодические, случайные, импульсы большой скважности, а также однократные сиг­налы исследуют с помощью линейной ждущей разверт­ки.

Сущность ее заключается в том, что в отсутствие сигна­ла на входе Y развертывающее напряжение не вырабаты­вается, генератор развертки «ждет»; поступающий на вход Y исследуемый сигнал. при его появлении устройство синхронизации за­пускает генератор развертки, который вырабатывает оди­ночный линейно нарастающий импульс напряжения, посту­пающий на пластины X. Длительность развертки должна соответствовать параметрам исследуемого сигнала. Переход на ждущий режим работы осцилло­графа осуществляется регулятором «Синхронизация» до по­явления на экране трубки устойчивого изображения ис­следуемого сигнала.

Перед измерением амплитуды исследуемого сигнала, рекомендуется произвести проверку калибровки чувстви­тельности усилителя канала вертикального отклонения Y с помощью калибратора амплитуды (но он есть не у всех моделей осциллографов). Для этого переключа­тель ослабления входного аттенюатора устанавливают в положение «Калибровка», а ручку «Усиление» усилителя канала вертикального отклонения — в крайнее правое по­ложение, которое соответствует максимальному усилению. Вертикальный размер калиброванного напряжения на эк­ране ЭЛТ должен соответствовать заданному значению, указанному в паспорте осциллографа.

 Измерение амплитуды исследуемого сигнала произво­дят следующим образом.

На вход Y канала вертикаль­ного отклонения подается исследуемый сигнал и устанавливается удобный для отсчета размер вертикального от­клонения на экране ЭЛТ. Зная цену деления (клеточки) ny по ручке переключения коэффициента усиления по оси Y, количество делений (клеточек) NV, находим амплитудное значение напря­жения исследуемого сигнала Umax по формуле
  Umax= NV*ny,

 а действующее значение для синусоидального тока можно определить по формуле

U=0,707Umax.

 Поясним сказанное на рисунке 7

По формуле найдем амплитудное и действующее значения исследуемого сигнала.

Из рисунка определим, что: количество клеточек NV = 6 делений, цена деления nv =2,0*10=20 B/1деление, множитель усиления ky = 10, (если множитель не указан следовательно он равен х1) тогда:

Umax= NV*ny = 20*6=120 В.

 Найдем действующее значение для синусоидального тока:

принципы действия, отличия, сферы применения

Осциллографы предназначены для измерения параметров электрических и оптических сигналов — напряжения, частоты, сдвига фаз, отношения сигнала к шуму и других. Эти приборы незаменимы при проектировании, тестировании и ремонте интегральных схем, полупроводниковых и других устройств.

За десятилетия совершенствования осциллографов их характеристики существенно улучшились, а возможности применения — расширились. Производители разработали разные типы осциллографов. В наши дни широкое распространение получили цифровые приборы двух типов — стробоскопические и реального времени. Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, нужно изучить сходства и различия устройств разных типов. В этом вам поможет настоящий обзор.

Содержание

• Немного истории
• Стробоскопические осциллографы
• Осциллографы реального времени
• Сравнение осциллографов разных типов
• Сферы применения осциллографов разных типов
• Тенденции совершенствования осциллографов
• Выводы

Немного истории

История осциллографов началась в далёком 1893 году, когда учёный Андре Блондель из Франции создал магнитоэлектрический прибор для регистрации характеристик сигналов. Этот первый осциллограф, крайне примитивный по сегодняшним меркам, выводил результаты измерений на движущуюся ленту с помощью маятника с чернилами. Большое количество трущихся деталей значительно снижало точность устройства. Полоса его пропускания также была небольшой — всего 10-19 кГц.

Блондель Андре-Эжен, физик, специалист в области электротехники, изобретатель электромеханического осциллографа

1897 год был ознаменован изобретением электронно-лучевой трубки — устройства, давшего осциллографам новую жизнь. Первую модель прибора, оснащённого ЭЛТ, в 1932 году продемонстрировала английская компания A. C. Cossor.

Вторая мировая война затормозила развитие измерительной техники. После её окончания началось стремительное распространение осциллографов во многих странах мира, в первую очередь — в Америке и Европе.

В 1946 году был изобретён первый в мире осциллограф с ждущей развёрткой — такой, которая срабатывает только тогда, когда присутствует исследуемый электрический сигнал.

Из года в год улучшались характеристики осциллографов — повышалась их точность, расширялась полоса пропускания. Тем не менее, всё это время неизменным оставалось одно — все измерительные приборы были аналоговыми. Революционным событием стало создание в 1985 году первых цифровых осциллографов, предназначенных для научного центра CERN. Их разработала компания LeCroy, которая в последующие годы получала огромное количество заказов на свои устройства.

Появлению и бурному развитию цифровых осциллографов поспособствовало создание таких устройств, как:

• гибридные аналого-цифровые преобразователи, позволяющие точно и быстро переводить электрические и оптические сигналы в цифровую форму;
• компактных, информативных и энергоэффективных дисплеев, на которые выводится информация о результатах измерений;
• запоминающих модулей, позволяющих фиксировать выборки сигнала в памяти.

Аналоговые осциллографы, оснащённые электронно-лучевыми трубками, ушли на второй план далеко не сразу — слишком сильны были привычки и предпочтения учёных и исследователей второй половины XX века. Такие приборы отображали сигнал в режиме реального времени, они не позволяли масштабировать его и сохранять данные в памяти, поэтому со временем закономерно уступили свои позиции. Цифровые осциллографы оказались гораздо более функциональными, поэтому именно они в итоге завоевали рынок измерительного оборудования.

Совершенствуя цифровые приборы, разработчики создали несколько типов осциллографов — в частности, стробоскопические и реального времени. Модели, входящие в каждую из этих групп, имеют разные, хоть и частично пересекающиеся, сферы применения (подробнее об этом будет рассказано далее).

Стробоскопические осциллографы и устройства, работающие в реальном времени, имеют сходство, и оно — в тракте дискретизации (оцифровки) исследуемого сигнала. Последний подаётся на входной интерфейс прибора и переводится в цифровую форму в цепи предварительной обработки. Трансформированный таким образом сигнал отображается на экране осциллографа и сохраняется в его памяти. На этом сходства приборов разных типов заканчиваются, и начинаются принципиальные различия.

Стробоскопические осциллографы

У этих приборов есть другое название — осциллографы DCA (Digital Communication Analyzer, цифровые коммуникационные анализаторы). Их используют для изучения временных и амплитудных характеристик периодических сигналов, визуализации их формы.

Стробоскопический осциллограф N1092D серии DCA-M обладает высочайшей чувствительностью
благодаря уровню собственных шумов менее 5 мкВт

Принцип действия осциллографов DCA основывается на стробоскопическом эффекте. Анализ сигналов с их помощью производится в несколько этапов:

• исследуемый сигнал подаётся на стробоскопический смеситель, в который входят запоминающий модуль и диодная ключевая схема;
• при первом выполнении условий старта прибор захватывает группу выборок, разнесённых по времени;
• далее осциллограф смещает точку запуска и захватывает очередной набор выборок, которые отображаются на экране совместно с первой группой. Смещение происходит с помощью коротких строб-импульсов, создаваемых специальной схемой. Последняя обеспечивает фиксированный шаг считывания, на который и происходит сдвиг точки захвата;
• процесс повторяется, в результате чего строится осциллограмма с бесконечным послесвечением, сформированная по данным многочисленных считываний исследуемого сигнала.

Описанный принцип действия стробоскопических осциллографов обеспечивает высокую чувствительность и широкую полосу пропускания этих приборов. В настоящее время они являются наиболее чувствительными широкополосными устройствами.

Ключевое значение для работы стробоскопического осциллографа имеет шаг сдвига точки захвата сигнала. Частота дискретизации несущественна, объём памяти также не имеет большого значения, поскольку прибору при каждом запуске приходится захватывать и обрабатывать лишь несколько выборок.

Исследуемый сигнал можно не только наблюдать на экране осциллографа, но и подавать на компьютер или двухкоординатный самописец — для этого предназначен специальный низкочастотный выход.

Осциллографы реального времени

У этих устройств есть альтернативные названия — цифровые осциллографы DSO или MSO (Digital Storage Oscilloscope, Mixed Signal Oscilloscope, то есть цифровые запоминающие или предназначенные для работы со смешанным сигналом осциллографы.

Осциллограф реального времени MXR608A серии Infiniium MXR от Keysight Technologies

Исследование сигнала с помощью цифрового осциллографа реального времени проходит в несколько этапов:

• дискретизированный сигнал подаётся на вход прибора;
• интегральная схема, отвечающая за запуск осциллографа, ожидает наступления предварительно заданного события — той или иной кодовой последовательности, перепада напряжения или другого. После его наступления ИС запускает прибор;
• осциллограф в режиме реального времени захватывает непрерывную последовательность выборок изучаемого сигнала и выводит собранные данные на экран вместе с выборками, захваченными до запуска. Кроме того, эта информация сохраняется в памяти устройства.

Осциллограф DSO можно использовать в одном из двух режимов:

• периодическом (непрерывном). Прибор с определённой периодичностью захватывает и выводит на экран исследуемый сигнал, если выполняются заданные условия запуска. Появляется возможность «живого» изучения входящего сигнала, весьма ценная для специалистов, и именно поэтому периодический режим используют чаще всего;
• режиме однократного захвата. При работе в нём цифровой осциллограф однократно захватывает группу последовательных выборок и отображает собранные данные на экране. Пользователь получает возможность детально изучить интересующее его событие, в том числе растягивая изображение, измерить длительность импульса или его фронта, выполнить быстрое преобразование Фурье или математический анализ.

Для цифровых осциллографов реального времени критичен такой параметр, как объём памяти. Чем он больше, тем более широкое окно захвата сигнала есть в распоряжении пользователя. Это, в свою очередь, позволяет выявлять события, происходящие сравнительно редко. Кроме того, большой объём памяти прибора даёт возможность повысить точность измерений и математических расчётов. Это достигается путём увеличения частоты дискретизации и одновременного замедления развёртки.

Сравнение осциллографов разных типов

Перед тем, как выбрать и купить осциллограф, примите во внимание различия между приборами разных типов.

Выбирая осциллограф обращайте внимание на уровень шумов,
способ восстановления тактовой частоты и амплитудно-частотную характеристику

Отношение сигнал/шум

Рассматривая этот критерий, нужно учесть разрядность аналого-цифровых преобразователей и связанный с ней динамический диапазон осциллографов. Модели, работающие в реальном времени, имеют 8-разрядный АЦП (фактическое разрешение при этом нередко составляет всего 6 разрядов). Это сужает динамический диапазон таких осциллографов, повышает уровень шума и заставляет использовать аттенюаторы, чтобы изучаемые сигналы отображались корректно.

Стробоскопические устройства превосходят осциллографы DSO тем, что имеют на борту 14-разрядные АЦП. Это расширяет динамический диапазон приборов и снижает уровень шума. Появляется возможность исследовать сигналы, амплитуда которых варьируется от милливольт до единиц вольт, причём без применения аттенюатора.

Низкий уровень шумов позволил стробоскопическим осциллографам завоевать титул «золотого стандарта» в сфере измерений. Устройства реального времени, однако, не намерены уступать — их характеристики с каждым годом улучшаются, а отставание от стробоскопических осциллографов по такому критерию, как уровень шума, сокращается.

Технология восстановления тактовой частоты

Чтобы измерять джиттер, декодировать 10-битное кодирование и строить так называемые глазковые диаграммы, осциллографы должны восстанавливать тактовую частоту, примешанную к исследуемому сигналу. Восстановленная тактовая частота, по сути, играет для осциллографа роль опорной, поэтому технология её восстановления имеет большое значение. В прошлом использовалось только аппаратное восстановление, и эта система не была застрахована от ошибок — вне зависимости от того, какая (внутренняя или внешняя) тактовая частота использовалась.

Сравнительно недавно разработчики реализовали программную технологию восстановления тактовой частоты. Пионером в этом направлении стала американская компания Agilent Technologies (Keysight Technologies). Внедрение программных методов стало важным шагом на пути развития измерительной техники — ошибки исчезли, а качество работы цифровых осциллографов значительно повысилось.

Нужно принимать во внимание не только технологию восстановления тактовой частоты, но и алгоритм, по которому она выполняется. Используются алгоритмы JTF и OJTF, причём первый чаще всего реализован в стробоскопических осциллографах, а второй — в моделях реального времени. Алгоритм OJTF в значительной степени подавляет низкочастотный джиттер, и это нужно учитывать при использовании измерительного оборудования.

Стробоскопические осциллографы и осциллографы реального времени
могут строить глазковые диаграммы, гистограммы и измерять джиттер

Амплитудно-частотная характеристика

Результаты исследования сигнала напрямую зависят от частотных характеристик осциллографа, с помощью которого оно выполняется. Способность корректировать амплитудно-частотную характеристику — ещё одна особенность, которой отличаются друг от друга приборы разных типов:

• стробоскопические осциллографы, как правило, не корректируют АЧХ, поэтому имеют медленно снижающуюся частотную характеристику, напоминающую гауссову кривую;
• во многих осциллографах реального времени реализована технология цифровой коррекции на основе DSP (Digital Signal Processor, цифрового сигнального процессора). В отдельных моделях предусмотрено несколько отличающихся параметрами частотных характеристик. Замечено, что плоская АЧХ при чрезмерных для прибора скоростях спада и нарастания импульса может при измерениях давать подобие звона. Гауссова АЧХ в некоторых случаях порождает межсимвольные помехи, также искажающие результаты измерений. Исследователь, использующий цифровой осциллограф DSO, должен учитывать эти особенности и в каждом случае выбирать оптимальную частотную характеристику.

Цена

При схожих технических характеристиках цена осциллографов разных типов может существенно отличаться. Так, модель реального времени, имеющая полосу пропускания 50 ГГц, может стоить 300-400 тыс. долларов, тогда как полнофункциональный стробоскопический осциллограф с аналогичной полосой пропускания вполне реально приобрести меньше, чем за 150 тыс. долларов. Ответьте на вопрос о том, нужна ли высокая гибкость осциллографов DSO в вашем случае, и вы избежите неоправданных расходов.

Расширяемость

И стробоскопические, и DSO осциллографы отличаются друг от друга возможностями расширения. Современные модели позволяют:

• добавлять специализированные функции измерения;
• работать с программным обеспечением сторонних производителей, установленным на компьютере;
• увеличивать объём памяти для того, чтобы создавать более длительные записи;
• использовать большую номенклатуру дополнительных модулей и пробников;
• применять вспомогательные приспособления — комплекты для установки осциллографа в стойку, аккумуляторные батареи для автономной работы прибора и другие.

Базовый блок N1000A DCA-X с прецизионным анализатором формы сигналов N1060A

Выбирая осциллограф по такому критерию, как степень расширяемости, учитывайте не только существующие потребности, но и те, которые могут возникнуть в будущем.

Лёгкость изучения

Это — ещё одно отличие разных моделей осциллографов (как стробоскопических, так и реального времени). Студенты и начинающие пользователи быстрее начинают эффективное использование измерительного прибора, если он:

• имеет интуитивно понятный интерфейс;
• комплектуется учебными материалами;
• позволяет использовать встроенные обучающие сигналы;
• даёт доступ к презентациям, лабораторным работам и другим материалам, разработанным фирмой-производителем.

Сферы применения осциллографов разных типов

Если исследуемый сигнал периодически повторяется, и его можно захватить в определённом интервале реального времени, оптимально подойдёт стробоскопический осциллограф. Важную роль в данном случае играют такие особенности прибора, как широкий динамический диапазон и незначительный джиттер. Не менее важны модульная конструкция осциллографов стробоскопического типа и их сравнительно небольшая стоимость. Эти высокочувствительные приборы позволяют:

• исследовать временные и амплитудные характеристики сигналов пико- и наносекундного диапазонов, которые периодически повторяются;
• работать с уровнями сигналов, варьирующимися от милливольт до единиц вольт;
• изучать параметры импульсных и интегральных схем;
• строить глазковые диаграммы;
• измерять джиттер;
• исследовать переходные процессы, происходящие в быстродействующих приборах;
• решать некоторые другие задачи.

Чтобы наблюдать за слабыми импульсами, длительность которых измеряется наносекундами, понадобились бы широкополосные трубки и усилители сигнала, работающие на высоких частотах. Стробоскопические осциллографы сделали ненужным комбинирование этих приборов, которые с трудом совмещаются друг с другом. Они позволили масштабировать время изучаемого импульса без изменения его формы — а значит, многократно увеличить эквивалентную полосу пропускания.

При выборе осциллографа реального времени обязательно обращайте внимание на объём памяти

Можно сделать вывод: стробоскопические осциллографы, как правило, лучше других отвечают требованиям, действующим при производственном тестировании.

Если пользователю, выполняющему отладку оборудования, нужно организовать запуск прибора по сложно обнаруживаемым событиям, ему подойдёт осциллограф DSO, работающий в реальном времени. Такие приборы отличаются гораздо более высокой гибкостью, чем стробоскопические модели. Они позволяют:

• декодировать сигналы, закодированные по многим протоколам;
• начинать анализ по этим сигналам;
• тестировать оборудование по многочисленным стандартам;
• исследовать джиттер в расширенном режиме, причём по единственному захвату;
• в итоге — быстро и эффективно выявлять и устранять возникшие неисправности оборудования.

В недалёком прошлом стробоскопические осциллографы на несколько порядков превосходили устройства реального времени по собственному джиттеру и полосе пропускания. За последнее десятилетие осциллографы DSO, однако, значительно сократили этот разрыв. Грань между приборами разных типов, таким образом, оказалась почти стёртой.

Современные осциллографы реального времени имеют широкую полосу пропускания,
могут проводить расширенный анализ джиттера и практически не уступают стробоскопическим осциллографам

Тенденции совершенствования осциллографов

Одна из главных тенденций совершенствования цифровых осциллографов — расширение их полосы пропускания и повышение их быстродействия. По первому критерию предел современных устройств составляет 6-7 ГГц, время нарастания при этом составляет порядка 50-70 пикосекунд.

Ещё одна тенденция — расширение ассортимента портативных (мобильных) осциллографов. Внешне такие устройства очень напоминают сотовые телефоны. Портативные осциллографы, как правило, уступают стационарным лабораторным моделям по характеристикам, но превосходят их по удобству транспортировки и использования в полевых условиях. Портативными осциллографами управляют с помощью компьютера, на нём же выполняется обработка сигнала. Результаты наблюдений отрисовываются на мониторе ПК. Кроме того, появляется возможность сохранить результаты исследований на жёстком диске, поделиться ими по электронной почте или распечатать на принтере.

Свои тенденции развития господствуют в сегменте цифровых осциллографов класса Hi-End. Они оснащаются аналого-цифровыми преобразователями, работающими с чрезвычайно высокой (достигающей 10 гигавыборок в секунду) скоростью. Такие устройства отличаются очень малым временем, проходящим между записью сегментов. Благодаря этому осциллографы класса Hi-End обеспечивают высокую скорость сбора данных и их фиксации в памяти.

Выводы

Итак, если вы изучаете периодически повторяющиеся сигналы в большом динамическом диапазоне, имеющие малый джиттер, вам подойдёт стробоскопический осциллограф. В будущем вы с большой вероятностью сможете расширять его функциональность, обновляя и дополняя модули прибора. Вас порадует цена этого устройства — она будет гораздо более доступной, чем цена цифрового осциллографа реального времени.

Если вам нужно выполнять высокочастотные измерения и регистрировать параметры однократных и повторяющихся сигналов, исследовать джиттер, запускать осциллограф по редким и сложно выявляемым событиям, ваш выбор — модель, работающая в реальном времени. При схожих характеристиках она будет дороже, чем стробоскопическое устройство, но обеспечит вам максимальную гибкость её эксплуатации.

Возникают сложности при выборе того или иного типа осциллографа? Воспользуйтесь профессиональной помощью специалистов компании «Диполь». Мы изучим ваши потребности и порекомендуем модели, которые оптимально подойдут именно вам.

Технические характеристики осциллографа

, простое и практичное руководство

Из этой статьи вы легко и практично узнаете значение наиболее важных характеристик осциллографа.

Технические характеристики осциллографа позволяют легко заполнить несколько страниц в виде таблицы. Подобно тому, как вы ищете новую машину или новый компьютер, вы должны в первую очередь сосредоточиться на том, что важно, потому что детали имеют гораздо меньшее значение. Ваша цель — найти осциллограф, соответствующий вашему бюджету и позволяющий измерять то, что вы хотите измерять.

Технические характеристики осциллографа

могут быть устрашающими

Пропускная способность

Вероятно, наиболее важной характеристикой осциллографа является его полоса пропускания. Полоса пропускания осциллографа определяет максимальную частоту сигнала, которую он может захватывать и анализировать.

По мере приближения частоты сигнала к максимальной частоте, с которой может работать осциллограф, его точность падает.

Полоса пропускания осциллографа определяет максимальную частоту сигнала, которую он может захватывать и анализировать.

Чтобы определить полосу пропускания вашего осциллографа, используйте правило 5:

.

«определите, какова самая высокая частота тестового сигнала, который вы хотите измерить, и умножьте ее на 5.«

Это полоса пропускания вашего осциллографа.

Например, если вы хотите работать с максимальной тактовой частотой 20 МГц, вам понадобится осциллограф с тактовой частотой 100 МГц.

Имейте в виду, что это внутренняя тактовая частота Arduino. Если вы хотите работать с сигналами Arduino PWM, то их частота составляет всего 490 Гц. Или, если вы хотите работать с I2C-связью между Arduino и датчиком, вы обычно будете работать на частоте 100 кГц. Итак, вы можете видеть, что даже при полосе пропускания 20 или 50 МГц ваш осциллограф вполне способен работать с большинством типов сигналов, с которыми вы, вероятно, столкнетесь.

Частота дискретизации

Следующей важной характеристикой осциллографа является его частота дискретизации. Частота дискретизации — это количество отсчетов, которые осциллограф может захватывать в секунду. Очевидно, чем больше, тем лучше. Но для более высоких частот дискретизации требуется больше и более быстрая память для хранения, а также более быстрая электроника и процессор для захвата и обработки, что увеличивает стоимость прибора.

Частота дискретизации — это количество отсчетов, которые осциллограф может захватывать в секунду.

Как и в случае с полосой пропускания и другими техническими решениями, которые нам часто приходится принимать, нам нужно выбрать инструмент с частотой дискретизации, которая достаточно хороша для наших целей.

Практическое правило — умножьте наивысшую частоту, с которой вы, вероятно, столкнетесь при работе с осциллографом, и умножьте на 2,5.

Например, если вы хотите работать с сигналом I2C на частоте 100 кГц, умножив эту частоту на 2,5, вы получите частоту дискретизации 250 000 выборок в секунду.Большинство современных цифровых осциллографов легко справляются с этим.

Объем / глубина памяти

Размер памяти очень тесно связан с частотой дискретизации осциллографа. Когда осциллограф производит выборку сигнала от тестовой схемы, он сохраняет данные формы сигнала в своей памяти.

Производители сообщают о размере памяти своих осциллографов, используя термин «глубина памяти», и вместо обычных байтовых единиц они используют единицы «точки».

Осциллограф с объемом памяти 54 мегабайта может записать в общей сложности 54 миллиона отсчетов.Он делится между входными каналами. Итак, если ваш осциллограф имеет глубину памяти 54 миллиона точек и вы ведете запись по двум каналам, то каждый канал будет иметь глубину памяти 54/2 = 28 миллионов точек.

Производители сообщают о размере памяти своих осциллографов, используя термин «глубина памяти», и вместо обычных байтовых единиц они используют единицы «точки».

Конечно, объем памяти и частота дискретизации идут рука об руку. По мере увеличения частоты дискретизации осциллографу потребуется больше памяти, чтобы иметь возможность записывать события, происходящие в пределах единицы времени.

Вот об этом: Допустим, вы хотите записать форму волны, когда она изменяется в течение 1 секунды. Если ваша частота дискретизации составляет 1000 отсчетов в секунду, вам понадобится память с глубиной 1000 точек для хранения всех отсчетов. Но если ваш осциллограф вдвое быстрее и может производить выборку со скоростью 2000 выборок в секунду, вам потребуется глубина памяти 2000 выборок, чтобы выполнить полную запись для 1-секундного события.

Из-за тесной связи между частотой дискретизации и объемом памяти современные осциллографы автоматически регулируют частоту дискретизации в зависимости от выбранной вами шкалы времени, чтобы доступная память всегда была заполнена.

Время нарастания

Время нарастания осциллографа описывает способность прибора обнаруживать и фиксировать быстро нарастающие и падающие сигналы. Это особенно важно, когда мы работаем с прямоугольными волнами с очень острыми краями. Прямоугольная волна может подняться от 0 В до 5 В за наносекунды.

Время нарастания осциллографа описывает способность прибора обнаруживать и фиксировать быстро нарастающие и падающие сигналы.

Чтобы осциллограф мог точно отображать форму такого сигнала, он должен уметь обнаруживать такие быстрые изменения.

Например, у моего осциллографа время нарастания составляет 5 наносекунд, что означает, что самое быстрое время нарастания, которое он может обнаружить, составляет 5 наносекунд.

Каналы

Осциллографы

обычно имеют 2 или 4 канала.

Каждый канал имеет отдельный разъем, куда можно подключить пробник и через этот пробник контролировать сигнал.

Каждый канал имеет отдельный разъем, куда можно подключить пробник, и через этот пробник контролировать сигнал.

Осциллограф с 2 каналами позволяет работать с двумя сигналами одновременно и декодировать данные, которые передаются по двум проводам (например, последовательный UART и I2C).

Осциллограф с 4 каналами позволяет работать с четырьмя сигналами одновременно и декодировать данные, которые передаются по четырем проводам, например SPI или 4-битная параллельная шина.

Больше каналов может потребовать большей глубины памяти и, конечно же, затрат.

Триггер

Триггер осциллографа играет важную роль в его работе.Триггер — это механизм, с помощью которого осциллограф может распознавать определенный атрибут входного сигнала. На основе этого атрибута осциллограф может обеспечить синхронизацию.

Вы знаете, что осциллограф работает синхронно, когда графическое представление сигнала на экране четкое и стабильное.

Триггер — это механизм, с помощью которого осциллограф может распознавать определенный атрибут входного сигнала.

По крайней мере, цифровой осциллограф должен уметь распознавать фронт, наклон вверх или вниз.

Но во многих случаях осциллографы могут обнаруживать множество различных атрибутов сигнала.

Например, мой осциллограф может обнаруживать фронты, импульсы и заминки, среди многих других, и все они настраиваются в соответствии с очень точными спецификациями. Вы будете тратить много времени на настройку триггера перед каждым экспериментом в этом курсе.

Покупка Best Scope »Электроника

При покупке или выборе осциллографа необходимо соответствовать требованиям к спецификации — мы смотрим, что вам нужно купить, или выбираем лучший осциллограф для ваших приложений.

---

Осциллограф Учебное пособие Включает:
Осциллограф: основы Типы осциллографов Характеристики Как пользоваться осциллографом Запуск области видимости Пробники осциллографа Технические характеристики пробника осциллографа

Типы областей: Аналоговый прицел Объем аналогового хранилища Цифровой люминофор Цифровой прицел Объем USB / ПК Осциллограф смешанных сигналов MSO

---

Осциллографы — очень распространенная форма испытательного оборудования, возможно, самый важный тип испытательного оборудования.

В результате часто бывает необходимо выбрать один из магазинов испытательного оборудования, взять напрокат или купить осциллограф.

При выборе осциллографа, будь то покупка, аренда или даже просто получение его в фирменном магазине, необходимо учитывать множество различных спецификаций и параметров, каждый из которых связан с характеристиками.

При выборе осциллографа укажите, какие характеристики и параметры наиболее важны и какие из них будут влиять на работу осциллографа в конкретном приложении.Когда вы хотите купить лучший осциллограф, необходимо внимательно изучить все характеристики — от технических характеристик до тех, которые могут показаться менее важными, но могут так же сильно повлиять на их использование.

Типы осциллографов

Одной из основных характеристик, связанных с покупкой осциллографа, является фактический тип осциллографа, который требуется. Некоторые типы прицелов могут выполнять другие измерения лучше, чем другие; некоторые используют современные технологии, тогда как другие более старые; а также могут быть финансовые последствия.

Доступны аналоговые, аналоговые накопители, цифровые, цифровые накопители, цифровые выборки, USB-осциллографы и многие другие типы.

Спецификация полосы пропускания осциллографа

Одна из важных характеристик осциллографа связана с частотой или скоростью измеряемых сигналов. Это определяется полосой пропускания осциллографа, и было обнаружено, что способность осциллографа точно отображать сигнал падает с увеличением частоты.Способ, которым это указано, можно увидеть в IEEE 1057, который определяет электрическую полосу пропускания как точку, в которой амплитуда входной синусоидальной волны уменьшается на 3 дБ (то есть ослабляется до 70,7% от истинного значения сигнала — падение примерно 30%) относительно его уровня на более низкой опорной частоте.

Спецификация осциллографа для полосы пропускания обычно указывается в формате: Полоса пропускания = -3 дБ при 1500 МГц. Если характеристики осциллографа для точки -3 дБ недостаточно высоки, будет обнаружено, что фронты импульсов и прямоугольных волн будут замедлены в результате уменьшения высокочастотных составляющих.Кроме того, синусоидальные волны выше частоты полосы пропускания будут значительно ослаблены — даже волны, близкие к частоте полосы пропускания, будут иметь некоторое затухание.

Чтобы гарантировать соответствие технических характеристик осциллографа, необходимо убедиться, что полоса пропускания осциллографа превышает рабочую частоту. Часто правило пяти раз используется как практическое правило. Здесь полоса пропускания осциллографа должна быть в пять раз больше самой высокой частотной составляющей сигнала. При использовании этого правила погрешность из-за частотных ограничений будет менее ± 2%.

Высокопроизводительный цифровой осциллограф типа

Точность усиления постоянного тока по вертикали

При измерении амплитуды сигналов важно знать точность выполняемого измерения. Поскольку осциллографы не предназначены для использования вместо цифровых мультиметров, не ожидается, что элементы напряжения, указанные в технических характеристиках осциллографа, будут такими же точными.

Разрешение канала по вертикали

Цифровые осциллографы

должны преобразовывать входящий аналоговый сигнал в цифровой сигнал.Разрешение вертикального канала определяет «гранулярность» сигнала.

Разрешение вертикального канала зависит от цифро-аналогового преобразователя в осциллографе. Например, восемь бит обеспечивают 256 уровней оцифровки (от 2 до 8 степени), а с разрешением 10 бит это дает 1024 различных уровня.

Осциллограф только с восемью битами даст трассировку, на которой можно очень легко увидеть отдельные шаги. В результате большинство современных прицелов имеют очень высокий уровень разрешения.10 бит является обычным явлением даже для осциллографов начального уровня, при этом высокопроизводительные осциллографы предлагают 14 бит, а некоторые предлагают разрешение в пятнадцать или шестнадцать бит.

Разрешение 12 или 14 бит подходит для большинства приложений, но разрешение 15 или 16 бит обеспечивает максимальную детализацию.

Некоторые высокопроизводительные осциллографы предлагают разрешение 14 или 15 бит на всех входах, но могут предлагать полное разрешение 16 бит, когда используется только один канал. Такой подход снижает стоимость и позволяет пользователю сосредоточиться на точности, когда используется только один канал.

Спецификация времени нарастания

Другой важной характеристикой осциллографа, которую необходимо учитывать, является время нарастания осциллографа. Это особенно важная спецификация для любых цифровых схем, где края прямоугольных волн и импульсов часто имеют большое значение. Осциллограф должен иметь достаточно быстрое время нарастания, чтобы точно фиксировать быстрые переходы, иначе важная информация может не отображаться, а результаты могут ввести в заблуждение.

Время нарастания осциллографа определяется как время, за которое изображение поднимается с 10% до 90% от конечного значения.

Хотя полоса пропускания осциллографа должна быть достаточно высокой, время нарастания также важно. Это можно рассматривать как аналог скорости нарастания на операционных усилителях, где скорость изменения напряжения является ограничивающим фактором. В результате время нарастания осциллографа должно быть достаточно большим, чтобы уловить требуемые детали.

Существует взаимосвязь между полосой пропускания и временем нарастания для оценки первого порядка.Чтобы оценить время нарастания осциллографа по его полосе пропускания, можно использовать простую формулу:

Где:
BW = полоса пропускания осциллографа 3 дБ
Tr = время нарастания.

Следует помнить, что это не точное уравнение, а приближение первого порядка. . . но очень полезный.

Это соотношение для времени нарастания осциллографа используется для большинства осциллографов высшего класса. Исторически более старые типы имели тенденцию использовать 0,35, а не 0.45 как константа. Это соответствует спаду одно- или двухполюсного фильтра.

Частота дискретизации осциллографа

С увеличением доли цифровых осциллографов, спецификации осциллографов с частотой дискретизации становятся все более распространенными и важными. Частота дискретизации указывается в отсчетах в секунду (S / s). Чем быстрее осциллограф производит выборку сигнала, тем выше разрешение деталей сигнала, а чем выше частота дискретизации, тем меньше вероятность потери важной информации.

В то время как максимальная частота дискретизации обычно является частотой заголовка, минимальная частота дискретизации также может иметь значение. Это происходит, если смотреть на медленно меняющиеся сигналы в течение более длительных периодов времени. Также важно отметить, что отображаемая частота дискретизации изменяется вместе с изменениями, внесенными в элемент управления горизонтальной шкалой. Это необходимо для поддержания постоянного количества точек формы сигнала на отображаемом дисплее формы сигнала.

Для большинства приложений необходимо определить минимальное количество требуемых выборок, и это следует использовать при рассмотрении общих технических характеристик осциллографа.Осциллограф принимает форму сигнала со входа напряжения, затем оцифровывает ее, после чего обрабатывает. Для отображения необходимо построить осциллограмму.

Чтобы избежать наложения спектров, теорема Найквиста требует, чтобы частота дискретизации была вдвое больше, чем отображаемые компоненты с самой высокой частотой. Однако это делает некоторые предположения относительно повторяющихся сигналов, аномальных событий, таких как сбои и методы интерполяции. На самом деле лучше предположить, что при использовании интерполяции sin (x) / x (распространенный вариант).В результате в отрасли принято практическое правило:

Частота дискретизации = 2,5⋅ Максимальная частота

Если использовалась линейная интерполяция, то частота дискретизации должна быть, по крайней мере, в десять раз больше самой высокочастотной составляющей сигнала.

Глубина памяти

Это память для хранения сигналов. Чем больше объем памяти, тем больше сигнала можно захватить с максимальной частотой дискретизации.

Глубина памяти = (окно времени сбора данных) (частота дискретизации)

При 1 MSa на канал осциллограф может захватывать 1 мс или время с частотой дискретизации 1 Гвыб / с.Таким образом, для захвата такого количества данных должен быть доступен достаточный объем памяти.

Размер экрана

Экраны осциллографов

неизмеримо улучшились за последние несколько лет. Размеры экрана значительно увеличились, а разрешение стало намного лучше.

Используя современные экраны, можно увидеть много четкости в форме волны, и это может выявить проблемы, которые, возможно, не были видны на старых осциллографах.

Технические характеристики осциллографа

Помимо чисто электрических характеристик, важны также некоторые из физических характеристик, поскольку они могут сильно повлиять на удобство использования.

Будет несколько спецификаций механического типа прицела, которые будут включены в техническое описание.

• Размер: Физический размер, который занимает прицел, будет иметь большое значение для того, как его можно использовать. К счастью, сегодня размеры осциллографов намного меньше, чем до начала века. Исчезли использовавшиеся термоэлектродно-лучевые трубки. Они должны были быть очень длинными, и многие прицелы имели глубину до полутора или трех четвертей метра, и в результате они занимали много места на скамейке.Сегодняшние прицелы намного меньше, поскольку они используют более современные технологии для дисплеев.
• Шум: Было удивительно, когда кто-то упомянул, что шум может быть серьезной проблемой для осциллографа. Однако некоторые большие прицелы могут иметь вентиляторы, которые активируются для охлаждения. В некоторых случаях шум вентилятора может быть громким, и работа рядом с ним может отвлекать. При покупке осциллографа или выборе осциллографа стоит учитывать технические характеристики уровня шума, если это может быть проблемой.

Осциллограф аренда или покупка

Требуемые характеристики осциллографа могут определяться решениями о том, как будет получено испытательное оборудование. Есть несколько вариантов: покупка нового осциллографа, покупка бывшего в употреблении испытательного оборудования или аренда испытательного оборудования.

Если требуется бывшее в употреблении испытательное оборудование, то это может стать хорошим вариантом, особенно если испытательное оборудование подлежит ремонту, тогда это может стать отличным вариантом. Восстановленное испытательное оборудование может быть относительно новым и может быть приобретено со значительными скидками.

При выборе между новым, бывшим в употреблении отремонтированным испытательным оборудованием или арендой испытательного оборудования это может изменить требуемые технические характеристики осциллографа. Для варианта аренды испытательного оборудования период, когда оборудование находится на месте, должен быть относительно коротким, и поэтому оборудование может быть адаптировано к конкретным требованиям. При покупке нового или отремонтированного испытательного оборудования следует учитывать другие приложения, для которых это оборудование может быть использовано.

Спецификация осциллографа должна не только соответствовать текущему применению, но и, в зависимости от стоимости, включать некоторую перспективу. В частности, для таких спецификаций, как пропускная способность и время нарастания, может применяться некоторый запас, позволяющий обеспечить более быстрое развитие в будущем. Другие спецификации также следует рассматривать, чтобы определить, учитываются ли они при разработке или измерении будущих продуктов.

Существует очень много спецификаций, которые можно увидеть в таблицах данных для различных осциллографов.Эти листы данных обычно можно получить через Интернет. Затем можно сравнить характеристики прицела и получить цены, чтобы выбрать наиболее подходящий тип и модель для выбора, покупки или аренды в любой конкретной ситуации.

Следует также внимательно рассмотреть вопрос о согласовании правильных условий. Часто вариантов может быть больше, чем прямая покупка: следует учитывать варианты аренды-покупки, аренды и тому подобное, поскольку они могут предлагать очень привлекательные финансовые варианты.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG Получение данных
Вернуться в тестовое меню.. .

Характеристики осциллографа с гибким разрешением

Модель	ПикоСкоп
Полоса пропускания (–3 дБ)	60 МГц		100 МГц		200 МГц
2 канала	5242D	5242D MSO	5243D	5243D MSO	5244D	5244D MSO
4 канала	5442D	5442D MSO	5443D	5443D MSO	5444D	5444D MSO

Осциллограф — вертикальный
Тип ввода	Односторонний, разъем BNC
Ширина полосы (–3 дБ)	60 МГц		100 МГц [1]		200 МГц [1]
Время нарастания (расчетное)	5.8 нс		3,5 нс [1]		1,75 нс [1]
Ограничитель полосы пропускания	20 МГц, по выбору
Разрешение по вертикали [2]	8, 12, 14, 15 или 16 бит
Размер LSB [2] (размер шага квантования)	8-битный режим: <0,6% входного диапазона 12-битный режим: <0,04% входного диапазона 14-битный режим: <0,01% входного диапазона 15-битный режим: <0.005% входного диапазона 16-битный режим: <0,0025% входного диапазона
Повышенное разрешение по вертикали	Аппаратное разрешение + 4 бита
Диапазон ввода	от ± 10 мВ до ± 20 В полная шкала, в 11 диапазонах
Входная чувствительность	от 2 мВ / дел до 4 В / дел (10 делений по вертикали)
Входная муфта	AC / DC
Входные характеристики	1 МОм ± 1% || 14 ± 1 пФ
Точность усиления	Режимы от 12 до 16 бит: ± 0.5% сигнала ± 1 младший бит [3] 8-битный режим: ± 2% сигнала ± 1 младший бит [3]
Точность смещения	± 500 мкВ ± 1% от полной шкалы [3] Точность смещения можно повысить с помощью функции «смещения нуля» в PicoScope 6.
Диапазон аналогового смещения (регулировка положения по вертикали)	± 250 мВ (диапазоны 10, 20, 50, 100, 200 мВ), ± 2,5 В (диапазоны 500 мВ, 1 В, 2 В), ± 20 В (диапазоны 5, 10, 20 В)
Точность управления аналоговым смещением	± 0.5% настройки смещения, дополнительно к базовой точности смещения постоянного тока
Защита от перенапряжения	± 100 В (DC + AC пик)

^[1] В 16-битном режиме полоса пропускания уменьшена до 60 МГц, а время нарастания увеличено до 5,8 нс.
^[2] В диапазоне ± 20 мВ, в режимах от 14 до 16 бит, аппаратное разрешение уменьшено на 1 бит. В диапазоне ± 10 мВ аппаратное разрешение снижено на 1 бит в 12-битном режиме, на 2 бита в 14–16-битном режиме.
^[3] Между 15 и 30 ° C после 1 часа прогрева.

Вертикально (цифровые каналы) — только модели D MSO
Входные каналы	16 каналов (2 порта по 8 каналов в каждом)
Входной разъем	Шаг 2,54 мм, 2-контактный разъем 10 x
Максимальная входная частота	100 МГц (200 Мбит / с)
Минимальная обнаруживаемая ширина импульса	5 нс
Входное сопротивление	200 кОм ± 2% || 8 пФ ± 2 пФ
Входной динамический диапазон	± 20 В
Пороговый диапазон	± 5 В
Пороговая группа	Два независимых регулятора порога.Порт 0: с D0 по D7, порт 1: с D8 по D15
Выбор порога	TTL, CMOS, ECL, PECL, пользовательский
Точность порога	<± 350 мВ, включая гистерезис
Пороговый гистерезис	<± 250 мВ
Минимальное колебание входного напряжения	500 мВ от пика до пика
Межканальный перекос	2 нс, типично
Минимальная скорость нарастания входного сигнала	10 В / мкс
Защита от перенапряжения	± 50 В (DC + AC пик)

Горизонтально
Макс.частота дискретизации Любой 1 канал Любые 2 канала Любые 3 или 4 канала Более 4 каналов	8-битный режим 1 Гвыб. / С 500 Мвыб. / С 250 Мвыб. / С 125 Мвыб. / С 12-битный режим 500 MS / с 250 MS / s 125 MS / s 62,5 MS / s 14-битный режим 125 MS / с 125 MS / s 125 MS / s 62,5 MS / s 15-битный режим [4] 125 MS / s 125 MS / s 16-битный режим [4] 62.5 МС / с «Канал» означает любой аналоговый канал или 8-битный цифровой порт [4] Любое количество 8-битных цифровых портов может использоваться в 15-битном и 16-битном режимах, не влияя на максимальную частоту дискретизации
Максимальная эквивалентная частота дискретизации (повторяющиеся сигналы; только 8-битный режим, режим ETS)	2,5 Гвыб. / С		5 Гвыб / с		10 Гвыб / с
Максимальная частота дискретизации (непрерывная потоковая передача по USB в память ПК) [5]	USB 3, с использованием PicoScope 6: от 15 до 20 Мвыб / с USB 3, с использованием PicoSDK: 125 Мвыб / с (8 бит) или 62.5 Мвыб / с (режимы от 12 до 16 бит) USB 2, с использованием PicoScope 6: от 8 до 10 Мвыб / с USB 2, с использованием PicoSDK: ~ 30 Мвыб / с (8-бит) или ~ 15 Мвыб / с (12 в 16-битные режимы)
Диапазоны развертки (в реальном времени)	от 1 нс / дел до 5000 с / дел в 39 диапазонах
Самая быстрая временная развертка (ETS)	500 пс / дел		200 пс / дел		100 пс / дел
Буферная память [6] (8-битный режим)	128 MS		256 мс		512 МС
Буферная память [6] (≥ 12-битный режим)	64 MS		128 MS		256 мс
Буферная память [7] (непрерывная потоковая передача)	100 МС в программном обеспечении PicoScope
Буфер сигналов (№сегментов)	10000 в программе PicoScope
Буфер формы сигнала (количество сегментов) при использовании PicoSDK (8-битный режим)	250 000		500 000		1 000 000
Буфер формы сигнала (количество сегментов) при использовании PicoSDK (режимы от 12 до 16 бит)	125 000		250 000		500 000
Начальная точность временной развертки	± 50 частей на миллион (0,005%)		± 2 частей на миллион (0,0002%)		± 2 частей на миллион (0.0002%)
Дрейф временной развертки	± 5 частей на миллион / год		± 1 частей на миллион / год		± 1 частей на миллион / год
Джиттер выборки	3 пс RMS, тип.
Выборка АЦП	Одновременно на всех включенных каналах

^[5] Совместно с активированными каналами, зависит от ПК, доступные частоты дискретизации зависят от разрешения.
^[6] Распространяется между включенными каналами.
^[7] Драйвер буферизует объем доступной памяти ПК при использовании PicoSDK.Нет ограничений по продолжительности захвата.

Динамические характеристики (типовые; аналоговые каналы)
Перекрестные помехи	Лучше 400: 1 до полной полосы пропускания (равные диапазоны напряжений)
Гармонические искажения	8-битный режим: −60 дБ при входной полной шкале 100 кГц. 12-битный режим или выше: −70 дБ на входе полной шкалы 100 кГц
SFDR	Режимы от 8 до 12 бит: 60 дБ при полной шкале входного сигнала 100 кГц. Режимы от 14 до 16 бит: 70 дБ при полной шкале входного сигнала 100 кГц.
Шум (в наиболее чувствительном диапазоне)	8-битный режим: 120 мкВ RMS 12-битный режим: 110 мкВ RMS 14-битный режим: 100 мкВ RMS 15-битный режим: 85 мкВ RMS 16-битный режим: 70 мкВ RMS
Неравномерность полосы пропускания	(+0,3 дБ, –3 дБ) от постоянного тока до полной полосы пропускания

Только для моделей

Запуск (основные характеристики)
Источник	Аналоговые каналы, плюс: модели MSO: цифровые от D0 до D15.Другие модели: Внешний триггер.
Режимы срабатывания	Нет, авто, повтор, одиночный, быстрый (сегментированная память).
Расширенные типы запуска (аналоговые каналы)	Фронт, окно, ширина импульса, ширина оконного импульса, выпадение, выпадение окна, интервал, рант, логика.
Типы триггеров (аналоговые каналы, ETS)	Триггер ETS по нарастающему или спадающему фронту доступен только для канала ChA, только в 8-битном режиме.
Чувствительность триггера (аналоговые каналы)	Цифровой запуск обеспечивает точность до 1 младшего значащего разряда во всей полосе пропускания осциллографа.
Чувствительность триггера (аналоговые каналы, ETS)	При полной полосе пропускания: обычно 10 мВ от пика до пика
Типы триггеров (цифровые входы)	MSO: фронт, ширина импульса, выпадение, интервал, логика, шаблон, смешанный сигнал.
Максимальный захват до запуска	До 100% размера захвата.
Максимальная задержка после срабатывания триггера	От нуля до 4 миллиардов отсчетов, настраивается с шагом 1 отсчет (диапазон задержки на самой быстрой временной развертке от 0 до 4 с с шагом 1 нс)
Время перезарядки спускового крючка	8-битный режим, типичный: 1 мкс на самой быстрой временной развертке 8-12-битные режимы: <2 мкс макс на самой быстрой временной развертке 14-16-битные режимы: <3 мкс макс на самой быстрой временной развертке
Максимальная частота срабатывания	10 000 сигналов в пакете 10 мс, 8-битный режим

Вход внешнего триггера — кроме моделей MSO
Тип разъема	Передняя панель BNC
Типы триггеров	Фронт, ширина импульса, отпускание, интервал, логика
Входные характеристики	1 МОм ± 1% || 14 пФ ± 1.5 пФ
Пропускная способность	60 МГц		100 МГц		200 МГц
Пороговый диапазон	± 5 В
Пороговый диапазон	± 5 В, связь по постоянному току
Точность порога внешнего срабатывания	± 1% от полной шкалы
Чувствительность внешнего запуска	200 мВ от пика до пика
Муфта	DC
Защита от перенапряжения	± 100 В (DC + AC пик)

Функциональный генератор
Стандартные выходные сигналы	Синус, квадрат, треугольник, напряжение постоянного тока, нарастание, линейное снижение, синусоидальный, гауссовский, полусинусоидальный
Псевдослучайные выходные сигналы	Белый шум, выбираемая амплитуда и смещение в пределах диапазона выходного напряжения. Псевдослучайная двоичная последовательность (PRBS), выбираемый высокий и низкий уровни в диапазоне выходного напряжения, выбираемая скорость передачи данных до 20 Мбит / с
Стандартная частота сигнала	от 0,025 Гц до 20 МГц
Режимы развертки	Вверх, вниз, двойной с возможностью выбора частоты включения / выключения и приращения
Срабатывание	Может запускать подсчитанное количество циклов сигнала или частотных разверток (от 1 до 1 миллиарда) от запуска осциллографа, внешнего запуска или программного обеспечения.Также можно использовать внешний триггер для стробирования выхода генератора сигналов.
Погрешность выходной частоты	Погрешность временной развертки осциллографа ± разрешение выходной частоты
Разрешение выходной частоты	<0,025 Гц
Диапазон выходного напряжения	± 2 В
Регулировка выходного напряжения	Амплитуда и смещение сигнала регулируются с шагом примерно 0,25 мВ в общем диапазоне ± 2 В
Неравномерность амплитуды	<1.От 5 дБ до 20 МГц, типично
Погрешность по постоянному току	± 1% от полной шкалы
SFDR	> 70 дБ, синусоидальный сигнал полной шкалы 10 кГц
Выходное сопротивление	50 Ом ± 1%
Тип разъема	BNC (ж)
Защита от перенапряжения	± 20 В

Генератор сигналов произвольной формы
Скорость обновления AWG	200 МГц
Размер буфера AWG	32 кС
Разрешение AWG	14 бит (размер шага вывода приблизительно 0.25 мВ)
Полоса пропускания AWG	> 20 МГц
Время нарастания AWG (от 10% до 90%)	<10 нс (нагрузка 50 Ом)

Дополнительные характеристики AWG, включая режимы развертки, запуск, точность и разрешение частоты, диапазон напряжений, точность постоянного тока и выходные характеристики, являются функциональным генератором

Штифт компенсации датчика
Выходные характеристики	600 Ом
Выходная частота	1 кГц
Выходной уровень	3 В от пика до пика, типичный
Защита от перенапряжения	10 В

Анализатор спектра
Диапазон частот	от 0 до 60 МГц		от 0 до 100 МГц		от 0 до 200 МГц
Режимы отображения	Величина, средняя, ​​удержание на пике
Ось Y	Логарифмический (дБВ, дБн, дБм, произвольный дБ) или линейный (вольты)
Ось X	Линейная или логарифмическая
Оконные функции	Прямоугольная, гауссовская, треугольная, Блэкмана, Блэкмана – Харриса, Хэмминга, Ханна, плоская вершина
Количество точек БПФ	Выбирается от 128 до 1 миллиона в степени 2

Математические каналы
Функции	−x, x + y, x − y, x * y, x / y, x ^ y, sqrt, exp, ln, log, abs, norm, sign, sin, cos, tan, arcsin, arccos, arctan, sinh, cosh, tanh, задержка, среднее значение, частота, производная, интеграл, мин., макс., пик, нагрузка, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот, полоса пропускания, ограничитель полосы пропускания
Операнды	A, B, C, D (входные каналы), T (время), опорные формы сигналов, pi, D0-D15 (цифровые каналы), константы

Автоматические измерения
Режим осциллографа	СКЗ переменного тока, истинное СКЗ, частота, время цикла, рабочий цикл, среднее значение постоянного тока, скорость спада, скорость нарастания, низкая ширина импульса, большая ширина импульса, время спада, время нарастания, минимум, максимум, от пика до пика
Спектральный режим	Частота на пике, амплитуда на пике, средняя амплитуда на пике, общая мощность, THD%, THD дБ, THD + N, SFDR, SINAD, SNR, IMD
Статистика	Минимальное, максимальное, среднее, стандартное отклонение

DeepMeasure ™
Параметры	Номер цикла, время цикла, частота, малая ширина импульса, большая ширина импульса, скважность (высокая), скважность (низкая), время нарастания, время спада, недорегулирование, перерегулирование, макс.напряжение, мин. напряжение, от пика до пика напряжения, время начала, время окончания

Последовательное декодирование
Протоколы	1-Wire, ARINC 429, CAN, CAN FD, DALI, DCC, DMX512, Ethernet 10Base-T и 100Base-TX, FlexRay, I²C, I²S, LIN, Manchester, MODBUS, PS / 2, SENT, SPI, UART ( RS-232 / RS-422 / RS-485), USB 1.1

Проверка пределов маски
Статистика	Пройден / не пройден, количество отказов, общее количество
Создание маски	Нарисованный пользователем, табличный ввод, автоматически сгенерированный из формы сигнала или импортированный из файла

Дисплей
Интерполяция	Линейный или sin (x) / x
Режимы послесвечения	Цифровой цветной, аналоговая интенсивность, индивидуальный, быстрый

Программное обеспечение
Программное обеспечение Windows	PicoScope для Windows PicoSDK Software Development Kit (SDK) Рекомендуется Windows 7, 8 или 10 (подробнее)
программное обеспечение macOS	PicoScope для macOS (бета: список функций) Комплект разработчика программного обеспечения (SDK) Версии ОС: см. Примечания к выпуску
Программное обеспечение Linux	PicoScope для Linux (бета: список функций) Комплект для разработки программного обеспечения (SDK) См. Раздел «Программное обеспечение и драйверы Linux» для получения подробной информации о поддерживаемых дистрибутивах
Языки	Китайский (упрощенный), китайский (традиционный), чешский, датский, голландский, английский, финский, французский, немецкий, греческий, венгерский, итальянский, японский, корейский, норвежский, польский, португальский, румынский, русский, испанский, шведский, турецкий

Общие
В комплекте	Осциллограф серии PicoScope 5000D 1 x TA155 Pico blue USB 3 кабель 1.8 м Модели 60 МГц: 2/4 датчика TA375 Модели 100 МГц: 2/4 датчика TA375 Модели 200 МГц: 2/4 датчика TA386 4-канальные модели: 1 x PS011 5 В 3,0 A PSU Модели MSO: 1 кабель TA136 MSO Модели MSO: 2 набора зажимов MSO TA139 Краткое руководство пользователя
Подключение к ПК	USB 3.0 SuperSpeed ​​(совместим с USB 2.0)
Требования к питанию	2-канальные модели: питание от одного порта USB 3.0. 4-канальные модели: адаптер переменного тока входит в комплект.Можно использовать 2 канала (плюс каналы MSO, если они есть) с питанием от USB 3.0 или порт зарядки 1,2 А.
Размеры	190 x 170 x 40 мм, включая разъемы
Вес	<0,5 кг
Диапазон температур	Эксплуатация: от 0 до 40 ° C От 15 до 30 ° C для указанной точности после 1 часа прогрева Хранение: от –20 до +60 ° C
Диапазон влажности	Эксплуатация: от 5 до 80% без конденсации Хранение: от 5 до 95% без конденсации
Окружающая среда	До 2000 м над уровнем моря и степень загрязнения EN61010 2
Сертификаты безопасности	Соответствует EN 61010-1: 2010
Сертификаты EMC	Протестировано в соответствии с EN61326-1: 2013 и FCC, часть 15, подраздел B
Экологические сертификаты	Соответствие RoHS и WEEE
Требования к ПК	Процессор, память и дисковое пространство: в соответствии с требованиями операционной системы Порт (ы): USB 3.0 или USB 2.0
Гарантия	5 лет

Выбор осциллографа | Пико Технологии

Частота дискретизации

С аналоговыми осциллографами жизнь была простой: вы просто выбирали полосу пропускания, которая вам нужна. Для цифровых осциллографов одинаково важны частота дискретизации и объем памяти. Для DSO частота дискретизации обычно указывается в мегасэмплах в секунду (MS / s) или гигасэмплах в секунду (GS / s). Критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше максимальной частоты, которую вы хотите измерить: для анализатора спектра этого может быть достаточно, но для осциллографа вам потребуется не менее 5 отсчетов для точного восстановления формы волны.

Большинство осциллографов имеют две разные частоты (режима) выборки в зависимости от измеряемого сигнала: выборка в реальном времени и выборка в эквивалентном времени (ETS) — часто называемая повторяющейся выборкой. Однако ETS работает только в том случае, если сигнал, который вы измеряете, является стабильным и повторяющимся, поскольку этот режим работает путем построения формы волны из последовательных захватов.

Например, 12-битный ADC-212/100 Pico Technology будет производить выборку со скоростью 100 Мвыб / с в реальном времени или, для повторяющихся сигналов, со скоростью 5 Гвыб / с. На рис. 1а показан прямоугольный сигнал частотой 20 МГц, захваченный с частотой дискретизации 50 мвыб / с — почти неузнаваемый по сравнению с рисунком 1b, та же волна, захваченная с частотой 5 Гвыб / с.Теперь 5 Гвыб / с звучат отлично, но помните, что если сигнал является переходным или изменяющимся (например, форма видеосигнала), то ETS не будет работать, и вам придется полагаться на полосу пропускания в реальном времени (одиночный снимок), которая обычно составляет намного ниже.

Небольшой совет: производители осциллографов любят выделять характеристики с наилучшим звучанием, поэтому вам может потребоваться внимательно изучить спецификации, чтобы определить, применяется ли указанная частота дискретизации ко всем сигналам или только к повторяющимся. Вы можете обнаружить, что объем, который вы планируете приобрести, не подходит для вашей цели.

Некоторые осциллографы имеют разную частоту дискретизации в зависимости от количества используемых каналов. Обычно частота дискретизации в одноканальном режиме вдвое больше, чем в двухканальном: еще раз проверьте спецификации.

Рис. 1a: прямоугольный сигнал частотой 20 МГц, захваченный с частотой дискретизации 50 Мвыб / с.

Рис. 1b: прямоугольная волна 20 МГц, захваченная со скоростью 5 Гвыб / с.

Разъяснение технических характеристик

: Осциллографы и дигитайзеры NI

Устройства и модули осциллографов и дигитайзеров

NI имеют спецификации для аналоговых сигналов.Эти характеристики могут быть уникальными для каждого устройства или модели, поэтому обязательно ознакомьтесь со спецификациями для вашей конкретной модели. Этот раздел состоит из шести разделов, охватывающих общие характеристики: импеданс и связь, уровни напряжения, точность, полоса пропускания и переходная характеристика, спектральные характеристики и шум.

Импеданс и связь

Входная емкость

Входы дигитайзера имеют паразитную емкость, которая потенциально может изменить измеряемый сигнал.Пробник с регулируемой емкостью можно использовать для компенсации входной емкости и получения плоской частотной характеристики. Когда частоты низкие, емкость имеет очень высокое реактивное сопротивление, которое не вызывает значимой нагрузки. Однако с увеличением частоты нагрузка становится намного больше из-за уменьшения импеданса зонда.

На рис. 1 показан правильно скомпенсированный, недокомпенсированный и перекомпенсированный пробник для низких частот. Следует отметить, что емкость кабеля также компенсируется при компенсации датчика.

Рисунок 1

Пример

PXIe-5172 имеет типичную входную емкость 16 пФ ± 1,2 пФ при входном сопротивлении 1 МОм. Используемый зонд должен обеспечивать компенсацию от 14,8 пФ до 17,2 пФ для достижения наилучших результатов

---

Входная муфта

Вы можете указать входной канал для связи по постоянному току, по переменному току или с заземлением. Связь по постоянному току позволяет постоянному току и низкочастотным компонентам сигнала проходить без ослабления. Связь по переменному току удаляет смещения постоянного тока и низкочастотные компоненты, разрешая только высокочастотные сигналы.Соединение с землей отключает вход и внутренне соединяет канал с землей для обеспечения заземления при нулевом напряжении.

На рисунке 2 график A показывает связь по постоянному току, которая показывает форму волны с включенной частью постоянного тока. График B показывает ту же форму сигнала с AC-связью, которая удаляет постоянную составляющую.

Рисунок 2

Пример

PXIe-5164 имеет связь по переменному и постоянному току, что позволяет измерять как низкочастотные, так и высокочастотные сигналы.

---

Входное сопротивление

Входное сопротивление — это мера того, как входная цепь препятствует прохождению тока через землю аналогового входа.Для осциллографов NI общее входное сопротивление составляет 50 Ом или 1 МОм.
Обычно импеданс 1 МОм или высокий Z используется с пробником для измерений высокого напряжения. Для некоторых приложений, таких как ВЧ, используется входной импеданс 50 Ом для согласования с импедансом источника, чтобы минимизировать отражения, которые могут исказить измеряемый сигнал.

Пример

PXIe-5164 имеет входное сопротивление 50 Ом и 1 МОм. Выбор подходящего входного импеданса важен для проведения качественных измерений.

См. Также

Выберите подходящий щуп осциллографа для вашего приложения: загрузка эффектов

---

Входные возвратные потери

Входные возвратные потери указывают на уменьшение мощности отраженного сигнала из-за несовпадения импедансов. Уравнение обратных потерь можно найти ниже.

Пример

PXIe-5162 имеет входные возвратные потери примерно -20 дБ для частоты 1 ГГц. Это означает, что сигнал, который на 20 дБ меньше входного, отражается из-за несоответствия импеданса.

Рисунок 3

---

Коэффициент стоячей волны входного напряжения (VSWR)

VSWR — это отношение отраженных волн к прошедшим. КСВН можно использовать, чтобы определить, какая часть входного сигнала отражается. В зависимости от того, находится ли отраженная волна в фазе с входным сигналом или в противофазе с входным сигналом, она может увеличивать или уменьшать чистую амплитуду. КСВН — это отношение этой максимальной чистой амплитуды к минимальной чистой амплитуде. Различные способы определения КСВ показаны в уравнениях и на рисунках ниже.

Z _L — Импеданс нагрузки
Z _o — Характеристики Импеданс

Рисунок 4

Пример

PXIe-5162 имеет КСВН примерно 1,1 на частоте 500 МГц. Это дает соотношение максимальной амплитуды и минимальной амплитуды из-за фазы отраженного сигнала.

Рисунок 5

См. Также

Глава 1: Общие сведения о технических характеристиках основного радиочастотного переключателя: коэффициент стоячей волны напряжения

---

Уровни напряжения

Входные смещения

Входное смещение или вертикальное смещение — это напряжение, при котором диапазон напряжений центрируется.Вертикальное смещение позиционирует вертикальный диапазон вокруг заданного пользователем значения постоянного тока. Использование этого смещения позволяет исследовать небольшие изменения входного сигнала, что может привести к повышению точности измерения.

На рисунке 6 показана взаимосвязь между входным диапазоном и смещением, а также то, как это может повлиять на разрешение.

Рисунок 6

Пример

PXIe-5164 имеет входное смещение ± 5 В для входного диапазона 0,25 В. Это позволяет осциллографу измерять сигнал, передаваемый напряжением постоянного тока ± 5, чтобы максимально повысить производительность АЦП.

---

Входные диапазоны

Входной диапазон или вертикальный диапазон — это диапазон размаха напряжения, который дигитайзер может измерить на входном разъеме. Многие дигитайзеры имеют несколько вертикальных диапазонов, чтобы максимизировать производительность АЦП и получить лучшее разрешение.

Пример

PXIe-5171 имеет входные диапазоны 0,2 В, 0,4 В, 1 В, 2 и 5 В. Пользователь может выбрать из этих пяти диапазонов, чтобы получить наилучшее возможное разрешение. Если измеряемый сигнал равен 0.5 Vpp, было бы лучше использовать диапазон 1 Vpp, а не диапазон 5 Vpp, чтобы максимизировать АЦП.

---

Максимальная перегрузка на входе

Это максимальное входное напряжение, с которым может работать устройство. Превышение этого напряжения может привести к повреждению устройства.

Пример

PXIe-5162 имеет максимальную входную перегрузку | Peaks | ≤ 42 В для 1 МОм. Максимальный входной диапазон для устройства составляет 50 В (размах) со смещением ± 15 В. Это означает, что входные сигналы с пиковыми значениями ± 40 В могут быть измерены и при этом все еще находятся в пределах спецификации входной перегрузки 42 В.

---

Точность

Точность амплитуды переменного тока / частотная характеристика

Поскольку реальные усилители не могут обеспечить идеальные характеристики, коэффициент усиления является произведением входной частоты. Частотная характеристика дает амплитуду сигнала в диапазоне частот.

Рисунок 7

Пример

Рассмотрим сигнал 1,25 ГГц, полученный на PXIe-5162 с входным сопротивлением 50 Ом и диапазоном 1 Vpp, приведенное выше уравнение для точности амплитуды переменного тока и график частотной характеристики на рис. 7 можно использовать для определения типичной точности.На рисунке 7 показана амплитуда примерно 2 дБ для сигнала 1,25 ГГц с точностью 2 дБ ± 0,5 дБ или в диапазоне от 1,5 дБ до 2,5 дБ.

---

Дрейф амплитуды переменного тока

Как и дрейф постоянного тока, амплитуда переменного тока может дрейфовать из-за изменения температуры по сравнению с последней калибровкой.

Пример

Амплитудный дрейф PXIe-5162 можно найти с помощью уравнения из его спецификации. Если взять пример из раздела «Точность амплитуды переменного тока», если температура платы теперь на 5 градусов ниже калиброванной температуры, амплитуда переменного тока теперь находится в пределах 1.От 48 дБ до 2,52 дБ. Точность амплитуды переменного тока изменяется всего на 0,02 дБ, поскольку PXIe-5162 учитывает только изменения температуры, превышающие ± 3 ° C, для дрейфа амплитуды переменного тока.

---

Перекрестные помехи

Перекрестные помехи — это мера того, насколько сигнал одного канала может повлиять на другой канал. В идеале получение сигнала на одном канале не должно влиять на другой принимаемый сигнал, но это не всегда так из-за нежелательной проводящей, емкостной или индуктивной связи от одной части дигитайзера к другой.

Пример

Таблица перекрестных помех от канала к каналу из документа спецификации PXIe-5162 показывает, что если сигнал с частотой 50 МГц дискретизируется с входным сопротивлением 50 Ом, существует характеристическая изоляция -60 дБ между каналами, когда оба настроены. к тому же диапазону ввода.

Таблица 1

---

Точность постоянного тока

Точность определяет, насколько близко значение, выдаваемое дигитайзером, будет к фактическому сигналу.

Пример

В приведенном ниже уравнении показаны характеристики точности по постоянному току из документа спецификации PXIe-5162.Пример расчета точности постоянного тока сигнала 0,6 В с вертикальным смещением 0 В и полномасштабным напряжением 1 В показан ниже.

---

Дрейф постоянного тока

Дрейф постоянного тока используется для определения точности дигитайзера, когда внутренняя температура устройства превышает ± X ° C с момента последней калибровки.

Пример

X варьируется от устройства к устройству; на PXIe-5162 — 3 ° C. Приведенное выше уравнение показывает характеристики дрейфа постоянного тока из документа PXIe-5162 Specification.Пример расчета дрейфа постоянного тока сигнала 0,6 В с вертикальным смещением 0 В, напряжением полной шкалы 1 В и разницей внутренней температуры 5 ℃ по сравнению с последней калибровкой показан ниже.

---

Разрешение

Разрешение — это наименьшее изменение входного напряжения, которое дигитайзер может идеально зафиксировать. Разрешение может быть выражено в битах (LSB), в пропорциях или в процентах от полной шкалы. В таблице 2 приведено несколько примеров.

бит	Разрешение
8	1/2 8	или	1/256
10	1/2 10	или	1/1024
12	1/2 12	или	1/4096
14	1/2 14	или	1/16384
16	1/2 16	или	1/65536

Таблица 2

Разрешение ограничивает точность измерения.Чем выше разрешение (количество бит), тем точнее измерение. 8-битный АЦП делит вертикальный диапазон входного усилителя на 256 дискретных уровней. При вертикальном диапазоне 10 В 8-разрядный АЦП не может идеально разрешить разность напряжений менее 39 мВ. Для сравнения, 14-битный АЦП с 16 384 дискретными уровнями может идеально разрешить разность напряжений до 610 мкВ.

На рисунке 8 показана синусоида, измеренная 3-битным АЦП и 16-битным АЦП.

Рисунок 8

Пример

PXIe-5160 имеет 10-битное разрешение, что дает ему 1024 дискретных уровня.Учитывая диапазон 10 В, это позволяет устройству измерять изменения до 9,77 мВ. Для сравнения, 3-битное разрешение на рисунке 8 может измерять только изменения 1,25 В.

---

Полоса пропускания и переходные характеристики

Отсечка муфты переменного тока

Отсечка связи по переменному току дает точку -3 дБ фильтра высоких частот при использовании связи по переменному току.

Пример

PXIe-5162 имеет порог среза 170 кГц для 50 Ом и 17 Гц для 1 МОм. При использовании входного импеданса 1 МОм со связью по переменному току частоты ниже 17 Гц будут ослаблены более чем на 3 дБ.

---

Пропускная способность

Полоса пропускания определяется как точка, в которой мощность измеренного сигнала составляет половину мощности исходного сигнала. При работе с сигналом напряжения точка -3 дБ — это когда измеренное напряжение в разы превышает исходное. Поскольку дигитайзеры NI проходят постоянный ток, полоса пропускания задается как самая верхняя частота, которая может быть измерена до того, как сигнал умножится на исходное значение.

Пример

PXIe-5162 имеет полосу пропускания 1,5 ГГц при настройке входного импеданса 50 Ом и 300 МГц при настройке 1 МОм.Гарантированный случай с сопротивлением 50 Ом означает, что входной сигнал не будет ослаблен до 70,7%, если частота входного сигнала ниже 1,5 ГГц. На рисунке 9 показано, что точка -3 дБ составляет примерно 150 МГц для конкретного дигитайзера.

Рисунок 9

См. Также

Получение аналогового сигнала: полоса пропускания, теорема Найквиста о дискретизации и наложение

---

Фильтры ограничения полосы пропускания

Полосные фильтры используются для фильтрации нежелательных выбросов и шума для достижения улучшенного разрешения входного сигнала.Эти фильтры можно рассматривать как фильтры нижних частот, которые используются для подавления нежелательного высокочастотного содержимого, связанного с входным сигналом. Эти фильтры могут быть аналоговыми или цифровыми.

Пример

PXIe-5162 имеет два фильтра ограничения полосы пропускания, 20 МГц и 175 МГц. При измерении сигнала 15 МГц будет использоваться фильтр 20 МГц, чтобы не пропускать нежелательные высокие частоты. Для сигнала 150 МГц можно использовать фильтр 175 МГц.

---

Частотная характеристика

Частотная характеристика дает характеристику амплитуды сигнала в диапазоне частот.Это показывает, как величина входных частот будет изменяться для каждого осциллографа.

Пример

На рисунке 10 показана частотная характеристика PXIe-5105 в диапазоне входного сигнала 50 Ом, 1 В размах при полной полосе пропускания с включенным фильтром сглаживания.

Рисунок 10

---

---

Спектральные характеристики

Эффективное количество бит (ENOB)

ENOB — это спецификация, которая связывает характеристики измерения или генерации устройства с общей спецификацией, используемой в преобразователях данных: битами разрешения.Большинство преобразователей данных предназначены для работы с определенной скоростью и разрешением. Поставщики инструментов всегда использовали этот элемент дизайна для определения разрешающей способности своих устройств. Ни один прибор не является идеальным, поэтому технические характеристики показывают, насколько устройство близко к идеалу. АЦП может указывать определенное количество битов, но шум может добавлять неопределенность измерения, превышающую точность, которую эти биты могли бы в идеале достичь. Например, 14-битный АЦП может иметь только 12 используемых бит: это ENOB устройства.ENOB рассчитывается непосредственно из SINAD, обсуждаемого ниже, с использованием значений идеального шума АЦП и паразитных выбросов, как показано в приведенном ниже уравнении. Этот расчет показывает, насколько близко к идеальному инструменту работает устройство. Производительность АЦП снижается с увеличением входной частоты из-за высокочастотных искажений; это приводит к уменьшению ENOB с увеличением входной частоты.

Пример

PXIe-5172 имеет ENOB 11,8 бит, когда фильтр 20 МГц включен в диапазоне 5 В.Несмотря на то, что это 14-битный продукт, в этих условиях он имеет ENOB 11,8

.

---

Соотношение сигнал-шум и искажение (SINAD)

SINAD — это отношение мощности сигнала, включая мощность шума и искажений, только к мощности шума и искажения. Инструмент с высоким SINAD может отличить основную частоту от паразитных помех и шума лучше, чем инструмент с низким SINAD. Наиболее полезное приближение SINAD показано в уравнении ниже.

Пример

Используя ENOB, мы можем вычислить SINAD.Использование примера и уравнения в разделе ENOB выше дает PXIe-5172 SINAD 72,796 дБ.

См. Также

Общие сведения о частотных характеристиках

---

Отношение сигнал / шум (SNR)

SNR, обычно выражаемое в дБ, представляет собой отношение мощности уровня входного сигнала к мощности шума. Чем больше SNR устройства, тем лучше его способность различать сигнал и шум, особенно когда входной сигнал имеет низкую амплитуду.

Рисунок 11

Пример

На основе однотонального спектра PXIe-5162, показанного на рисунке 11, отношение сигнал / шум может быть приблизительно равно 91 дБ.

---

Однотональный спектр

Однотональный спектр использует чистый тональный входной сигнал для представления общих спектральных характеристик осциллографа. Однотональный спектр обеспечивает хорошее приближение спектральных характеристик, таких как THD, SNR и т. Д. Для конкретной конфигурации.

Пример

На рисунке 12 показан однотональный спектр PXIe-5162 при тестировании с входным сигналом приблизительно 300 МГц.

Рисунок 12

---

Динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR)

Динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR), обычно выражаемый в дБн, представляет собой используемый динамический диапазон до того, как паразитные помехи будут мешать или искажать основной сигнал. Амплитуда основного сигнала обычно составляет -1 дБ полной шкалы. SFDR — это мера отношения амплитуды между основным сигналом и наибольшим гармонически или негармонически связанным паразитом от постоянного тока к полной полосе Найквиста (половина частоты дискретизации).Шпора — это любая частотная ячейка на анализаторе спектра или преобразование Фурье аналогового сигнала выше минимального уровня шума. Устройство с высоким значением SFDR может измерять сигнал с меньшим влиянием шума и паразитных помех.

Рисунок 13

Пример

PXIe-5171 имеет характеристический SFDR -70 дБн или лучше, в зависимости от фильтров, диапазона напряжения и входной частоты. Это означает, что самый высокий шумовой импульс ниже основной частоты как минимум на 70 дБн.

---

Полный коэффициент гармонических искажений (THD)

THD сигнала — это отношение суммы мощностей первых пяти гармоник к мощности основной частоты.В приведенном ниже уравнении показан расчет THD, где H — амплитуда каждой гармоники, а F — амплитуда основной частоты.

Пример

PXIe-5172 имеет THD -77 дБн для входной частоты 30 МГц или меньше в диапазоне входного напряжения 5 В.

См. Также

Общие сведения о частотных характеристиках

---

Шум

RMS шум

Все компоненты напряжения и частоты, которые не присутствуют в фактическом или идеальном сигнале, паразитах или гармониках, но присутствуют при измерении сигналов, являются шумом.Входные сигналы не только несут идеальный сигнал, который необходимо измерить, но также содержат шум. Минимальный уровень шума — это амплитуда любого шума в частотном диапазоне устройства. Среднеквадратичный шум указывает на шум, который можно увидеть в зависимости от таких факторов, как входное сопротивление и входной диапазон. Среднеквадратичный шум осциллографа — это шум без входного сигнала, измеренный с помощью терминатора 50 Ом.

Пример

Среднеквадратичное значение шума PXIe-5164, сконфигурированного для входного импеданса 50 Ом и диапазона входного напряжения 5 В, равно 0.030.

---

Цифровой запоминающий осциллограф

| Tektronix

Осциллографы серии TBS2000 с 9-дюймовым дисплеем WVGA, длиной записи 20 миллионов точек и частотой дискретизации 1 Гвыб / с улавливают и отображают значительно больший сигнал, чтобы помочь вам быстрее оценивать проекты. Легко и уверенно анализируйте свои сигналы с помощью новых отображений курсора на форме волны и 32 автоматических измерений, каждое из которых содержит информативные советы, которые помогут вам быстро выбрать правильный. Интерфейс пробника TekVPI® работает с традиционными соединениями BNC, но также обеспечивает широкий охват приложений с помощью новейших пробников активного напряжения и пробников тока.

Основные технические характеристики

• Модели с 2 и 4 аналоговыми каналами
• Модели с полосой пропускания 100 и 70 МГц
• Частота дискретизации до 1 Гвыб / с
• Длина записи 20 М по всем каналам
• Гарантия 5 лет

Ключ характеристики

• 9-дюймовый цветной дисплей WVGA
• 15 горизонтальных сеток показывают на 50% больше сигнала
• Интерфейс пробника TekVPI поддерживает активные, дифференциальные и токовые пробники с автоматическим масштабированием и единицами измерения
• 32 автоматических измерения и функцию БПФ для детального анализа формы сигнала анализ
• HelpEverywhere предоставляет полезные подсказки на экране
• Вводное руководство по встроенному осциллографу содержит инструкции по эксплуатации и основные сведения об осциллографе
• 2-канальные модели легко переносимы на 2.62 кг (5,8 фунта)

Возможности подключения

• Хост-порт USB 2.0 на передней панели для быстрого и удобного хранения данных
• Интерфейс Wi-Fi обеспечивает возможность беспроводной связи ¹ поддерживает
• Порт устройства USB 2.0 на задней панели для простого подключения к ПК
• LXI-совместимый порт 10 / 100BASE-T Ethernet для удаленного управления по локальной сети

¹ Адаптер Wi-Fi доступен в некоторых странах у дистрибьюторов Tektronix в качестве аксессуара, модель TEK-USB- ВАЙ ФАЙ.Подробности см. В разделе «Информация для заказа».

Education

• Учебные программы представляют руководство по лабораторным упражнениям на дисплее
• Полная совместимость с программным обеспечением TekSmartLab для управления лабораторией для образовательных учреждений

Разработано, чтобы упростить вашу работу

Серия TBS2000 разработана для простоты использования и быстрого практического использования обучение. Специальные элементы управления обеспечивают быстрый доступ к важным настройкам, поэтому вы можете быстрее оценивать сигналы. Многие осциллографы обеспечивают 8 делений по вертикали и 10 делений по горизонтали, но TBS2000 дает вам 10 делений по вертикали и 15 делений по горизонтали, поэтому вы можете видеть больше вашего сигнала.Дисплей также предлагает больше места для результатов измерений и информации меню.

Предназначен для выдающейся визуализации и анализа сигналов

Большая длина записи с панорамированием и масштабированием

Длина записи выбирается от 2000 до 20 миллионов выборок для захвата длительных периодов времени. Исключительно большая длина записи поможет вам обнаружить аномалии сигнала и проверить цифровую связь. Чтобы облегчить навигацию по длительным захватам, функция масштабирования позволяет быстро перемещаться по записи и увеличивать масштаб, чтобы увидеть детали сигнала.

В режиме масштабирования верхний дисплей дает обзор до 20 M точек. Подробный увеличенный вид отображается на нижнем дисплее.

Показания курсора отображаются на дисплее формы сигнала. Курсоры можно использовать для измерения времени, амплитуды или того и другого.

Универсальные режимы запуска и сбора данных

Система запуска разработана для поиска и устранения неисправностей современных конструкций со смешанными сигналами. Помимо базового запуска по фронту, он также включает запуск по ширине импульса и ранту, которые особенно полезны для поиска и устранения неисправностей в цифровых частях ваших проектов.Запуск по ширине импульса идеально подходит для поиска узких глитчей или условий тайм-аута. Вы указываете порог напряжения и ширину, и осциллограф запускается, когда импульсы слишком узкие, слишком широкие или имеют определенную длительность. Запуск Runt предназначен для захвата сигналов, которые по амплитуде короче, чем ожидалось. Он позволяет указать два порога напряжения и ширину. Если амплитуда импульса падает между двумя пороговыми значениями, осциллограф запускается.

Режим сбора данных по умолчанию — это режим выборки, который хорошо подходит для большинства приложений.Однако инструмент также предлагает режим обнаружения пика, который полезен для поиска пиковых значений, и режим среднего значения, который может помочь уменьшить шум при повторяющихся сигналах.

Автоматические измерения проще, чем когда-либо

Полный набор автоматических измерений обеспечивает быстрое и удобное тестирование для широкого спектра сигналов и приложений.

Все измерения перечислены и выбраны на одном экране.

Экран выбора одного измерения позволяет легко выбирать из 32 автоматических измерений без необходимости рыться в нескольких меню.Выберите из наиболее часто используемых измерений, которые отслеживаются в верхней части страницы, или выберите одну из четырех категорий: частота, время, амплитуда и площадь. Система HelpEverywhere предоставляет советы по каждому измерению, помогая узнать, какое измерение использовать, и понять результаты.

Измерения прозрачны, поэтому формы сигналов не закрываются.

Измерения имеют цветовую маркировку источника и отображаются на прозрачном фоне, поэтому формы сигналов не закрываются показаниями.

Функция БПФ

Вы можете понять частотную составляющую ваших сигналов с помощью функции БПФ, нажав специальную кнопку БПФ на передней панели. Отобразите только БПФ или включите отображение формы сигнала источника, чтобы увидеть и спектр, и форму сигнала во временной области. Прозрачный индикатор показывает важные настройки, не блокируя отображение БПФ.

Сигнал источника во временной области может отображаться над частотным спектром БПФ.

Встроенные подсказки для более быстрой настройки

HelpEverywhere — уникальная функция в TBS2000.Он показывает мгновенную справочную информацию при навигации по ключевым меню. Советы включают информацию об измерениях, советы по применению и общие инструкции в виде текста и графики. Вы можете включать и отключать подсказки в меню HelpEverywhere.

Советы HelpEverywhere объясняют важные настройки.

Основные сведения об осциллографе на экране

Scope Intro — это краткое руководство, встроенное в TBS2000. Нажатие функциональной кнопки на передней панели дает вам доступ к информации об основных операциях осциллографа, а также к обзору TBS2000 и TekSmartLab Lab Management System для обучения.

Scope Intro охватывает базовое использование осциллографа и TBS2000

Первый в своем классе с беспроводной связью

Встроенная веб-страница LXI для управления приборами

LXI — это отраслевой стандарт, основанный на подключении к локальной сети для гибкой, надежной и эффективной связи и контроль. TBS2000 поддерживает LXI Core 2011. Доступ к веб-странице TBS2000 LXI можно получить, просто набрав IP-адрес прибора в любом веб-браузере.

Экран управления LXI и отображение формы сигнала обеспечивают дистанционное управление через Ethernet

Интерфейс TekVPI® и поддержка активного пробника

Интерфейс пробника TekVPI устанавливает стандарт простоты использования при зондировании.Благодаря этому интерфейсу серия TBS2000 поддерживает широкий спектр новейших пробников напряжения и тока, обеспечивая покрытие для многих приложений. Эти датчики питаются от TBS2000 и связываются с ним через интерфейс. Масштабные коэффициенты и информация о состоянии, такая как условия ошибки, отправляются в прибор для обработки и отображения. Это избавляет вас от необходимости вручную устанавливать масштабные коэффициенты, вычислять смещения или отслеживать состояние открытых кулачков или необходимость размагничивать текущие датчики.

Датчики TekVPI передают настройки шкалы, диапазоны и состояние на TBS2000.

Новые инновационные решения для обучения

TBS2000 предлагает отличительные новые способы, позволяющие преподавателям уделять больше времени обучению концепциям схем, а не настройке лаборатории и управлению ею.

Функция курсов позволяет студентам видеть лабораторную информацию на дисплее прибора.

Интегрированная функция Courseware позволяет преподавателям загружать лабораторные упражнения в прибор, чтобы дать студентам рекомендации на каждой станции, и обеспечивает структурированную структуру, в которой студенты могут собирать данные для включения в свои отчеты.Более 100 примеров лабораторных упражнений доступны для загрузки в Центре ресурсов по программному обеспечению курсов Tektronix.

TBS2000 можно легко интегрировать в систему TekSmartLab. Вместе они позволяют преподавателям предварительно настроить лабораторию, полную инструментов, несколькими щелчками мыши, а преподаватели лаборатории могут отслеживать прогресс каждого студента с одной центральной рабочей станции.

Производительность, на которую можно положиться

Tektronix предлагает лучшие в отрасли услуги и поддержку, и на каждый осциллограф серии TBS2000 предоставляется стандартная 5-летняя гарантия.

Общие сведения о характеристиках частоты дискретизации и аналоговой пропускной способности цифрового осциллографа

В этой статье мы рассмотрим две важные характеристики цифрового осциллографа: аналоговую полосу пропускания и частоту дискретизации. Мы увидим, что аналоговая полоса пропускания осциллографа определяет, можем ли мы точно измерить сигнал с заданной частотой. Более того, мы обсудим, что требуется достаточно высокая частота дискретизации, чтобы избежать наложения спектров, которые также могут снизить точность измерения.

Упрощенная блок-схема осциллографа

На рисунке 1 показана упрощенная блок-схема цифрового осциллографа.

Рис. 1. Изображение предоставлено Tektronix.

Аналоговый входной каскад ослабляет / усиливает входной сигнал и действует как фильтр сглаживания для аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Обработанный входной сигнал дискретизируется АЦП с фиксированной частотой дискретизации f _s , и оцифрованные выборки передаются в систему запуска. Основное назначение триггерной системы — обеспечение стабильного отображения формы сигнала. Он определяет, какие образцы должны отображаться на экране.Эти образцы сохраняются в памяти и обрабатываются перед отображением на экране.

Аналоговая полоса пропускания осциллографа

Аналоговый интерфейс состоит из таких блоков, как схема управления усилением, буферы и драйверы АЦП. Эти блоки демонстрируют низкочастотную характеристику. Частота, на которой амплитуда передаточной функции ослабляется на 3 дБ, считается аналоговой шириной полосы f _BW осциллографа. Это показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Какой частотный диапазон может обрабатывать осциллограф с аналоговой полосой пропускания f _BW ?

Чтобы ответить на этот вопрос, отметим, что наше измерительное устройство не должно вызывать нежелательных изменений в измеряемом сигнале. Например, мы не должны использовать вышеуказанный осциллограф для измерения синусоиды с частотой f _BW , потому что такой сигнал будет ослабляться на 3 дБ при прохождении через фильтр нижних частот.В этом случае осциллограф оцифровывает и отображает ослабленную версию, что нежелательно. Следовательно, частотный диапазон с минимальным затуханием — это полезная полоса пропускания осциллографа.

Измерение аналоговых сигналов

Пока мы остаемся ниже примерно одной трети полосы пропускания осциллографа \ (\ left (\ frac {f_ {BW}} {3} \ right) \), мы можем предположить, что передаточная функция осциллографа имеет незначительное затухание. Следовательно, при измерении аналоговых сигналов мы должны убедиться, что максимальная частота сигнала меньше \ (\ frac {f_ {BW}} {3} \).Это эмпирическое правило основано на предположении, что частотная характеристика осциллографа почти плоская в полосе пропускания передаточной функции.

У некоторых недорогих осциллографов, особенно производимых небольшими компаниями, частотная характеристика может быть не ровной. Если мы не уверены в поведении частоты осциллографа, мы можем измерить его, применив тестовую синусоиду с разверткой частоты и исследуя амплитуду отображаемого сигнала.

Измерение цифровых сигналов

А как насчет измерения цифрового сигнала? Какую максимальную тактовую частоту может измерить осциллограф с аналоговой полосой пропускания f _BW ? В предыдущей статье мы обсуждали, что частотная составляющая цифрового сигнала зависит от его времени нарастания / спада.Для сигнала с временем нарастания T _r мы можем определить эквивалентную полосу пропускания:

\ [BW_ {clock} = \ frac {0.35} {T_r} \]

В этом уравнении T _r — это время нарастания цифрового сигнала 10-90%. Например, для тактового сигнала с T _r = 0,5 нс эквивалентная полоса пропускания будет 700 МГц. Это означает, что самая высокая значимая частотная составляющая этого сигнала ниже примерно 700 МГц. Пожалуйста, обратитесь к статье, о которой я упоминал выше, чтобы узнать о значении слова «значительный» в этом контексте.

Мы предположили, что передаточная функция осциллографа имеет незначительное ослабление ниже \ (\ frac {f_ {BW}} {3} \). Следовательно, самая высокая значимая частотная составляющая цифрового сигнала должна быть меньше примерно \ (\ frac {f_ {BW}} {3} \):

\ [\ frac {0.35} {T_r} = \ frac {f_ {BW}} {3} \]

Получаем:

\ [f_ {BW} = \ frac {1.05} {T_r} \]

Уравнение 1

Например, полоса пропускания осциллографа для измерения цифрового сигнала с T _r = 500 пс составляет примерно f _BW = 2.1 ГГц. Тема выбора правильной полосы пропускания осциллографа для конкретного измерения более подробно обсуждается в примечаниях по применению Keysight. Выведенное здесь уравнение близко к тому, которое приводится в примечании к применению для измерения точности 3% с помощью осциллографа с гауссовым откликом:

\ [f_ {BW} = \ frac {0.95} {T_r} \]

В примечаниях к применению Keysight приведены несколько разные уравнения для разных сценариев, но вы можете использовать уравнение 1 как упрощенное общее уравнение для оценки полосы пропускания осциллографа при измерении цифрового сигнала.

Недостаток чрезмерной ширины полосы обзора

Полоса пропускания осциллографа должна быть достаточно высокой для проведения точных измерений, но есть ли верхний предел для этого параметра? Может ли чрезмерная полоса пропускания осциллографа каким-либо образом снизить точность наших измерений? Обратите внимание, что полоса пропускания осциллографа устанавливает полосу пропускания шума, попадающего в осциллограф.

В качестве примера рассмотрим измерение синусоиды 33 МГц. Основываясь на приведенном выше обсуждении, мы можем использовать осциллограф с полосой пропускания около 100 МГц для измерения этого сигнала.Если мы используем осциллограф с частотой 8 ГГц для этого измерения, все компоненты шума, которые находятся в диапазоне от 100 МГц до 8 ГГц, попадут в осциллограф. Эти шумовые составляющие сделают след на экране немного размытым.

Во многих случаях это может быть не серьезной проблемой, но если вы хотите, чтобы ваш продукт соответствовал строгим требованиям к производительности или соответствию требованиям, вы должны обратить внимание на эти детали и обеспечить наилучшее представление результатов вашего продукта.

Частота дискретизации

После того, как входной сигнал обработан аналоговым входом, он передается на аналого-цифровой преобразователь.Согласно теореме о дискретизации Найквиста, частота дискретизации АЦП f _s должна быть как минимум в два раза больше интересующей нас самой высокой частотной составляющей. Это означает, что нам нужен фильтр сглаживания, чтобы ограничить полосу пропускания сигнала на входе АЦП. На рисунке 1 фильтрация сглаживания достигается за счет низкочастотной характеристики аналогового входного каскада.

Хотя высокочастотные составляющие подавляются этим фильтром, у нас нет «кирпичной стены» низкочастотной характеристики.По мере того, как мы переходим к более высоким частотам, величина затухания увеличивается, но затухание не может быть бесконечным. Предположим, что мы выбрали частоту дискретизации f _s , как показано на рисунке 3.

Рисунок 3

Поскольку мы ограничили затухание при f _s , любой шумовой компонент, который появляется на этой частоте, будет лишь частично подавляться характеристикой нижних частот. Другими словами, полоса пропускания сигнала на входе АЦП на самом деле не ограничена, и мы все еще можем иметь относительно большие частотные компоненты выше \ (\ frac {f_s} {2} \) (нарушение критерия Найквиста).

Как это повлияет на точность наших измерений?

В процессе дискретизации будут созданы копии спектра с кратной частотой дискретизации. В диапазоне частот от 0 до f _s у нас будет спектр, показанный на рисунке 4.

Рисунок 4

В то время как синяя кривая — это спектр, который мы хотели получить на выходе дигитайзера, в процессе дискретизации создается нежелательная копия исходного спектра (изображенная красной кривой).Наложение компонентов синей и красной кривых дает нам спектр цифрового сигнала на выходе АЦП.

На рисунке 4 показано, что часть спектра реплики перекрывается с желаемой полосой частот, которая находится в диапазоне от 0 до f _BW . Эта желаемая полоса частот должна быть извлечена и обработана цифровой схемой, которая следует за аналого-цифровым преобразователем. Как мы можем выделить эту желаемую полосу частот?

Частотные составляющие от f _BW до f _s -f _BW могут быть эффективно подавлены резким цифровым фильтром (см. Рисунок 5).Устранение этой нежелательной полосы частот приводит к более эффективной цифровой схеме.

Рисунок 5

Как насчет части спектра реплик, которая появляется в диапазоне от 0 до f _BW ?

Эти частотные составляющие нельзя подавить, поместив фильтр на выходе АЦП. Как показано на рисунке 4, эти нежелательные компоненты отклоняются от той части исходного спектра, которая находится в диапазоне от f _s -f _BW до f _s .Следовательно, мы можем подавить эти искаженные компоненты, увеличив частоту дискретизации (для данного f _BW ). Таким образом, минимальное затухание, которое будут испытывать компоненты с псевдонимом, увеличивается.

Ознакомьтесь с рисунком 4. Какое минимально допустимое затухание для отогнутых компонентов?

Затухание должно быть достаточно большим, чтобы сглаженные компоненты были значительно ниже уровня квантования аналого-цифрового преобразователя. На практике для осциллографа с гауссовой частотной характеристикой обычно требуется, чтобы частота дискретизации в реальном времени была в 4-5 раз больше, чем ширина полосы осциллографа.Осциллографы с максимально плоской АЧХ имеют более резкий спад. В результате частота дискретизации, примерно в 2,5 раза превышающая ширину полосы пропускания осциллографа, обеспечивает приемлемую точность для этого типа осциллографа.

Как это повлияет на отображаемую трассу, если наложение будет значительным?

На рисунке 6 показано измерение, при котором ширина полосы и частота дискретизации осциллографа составляют 500 МГц и 1 Гвыб / с, соответственно.

Рисунок 6. Изображение любезно предоставлено компанией Keysight.

Как вы можете видеть, кривая колеблется вокруг края сигнала, когда выполняются повторяющиеся измерения. Это связано с тем, что части сигнала с более резкими переходами включают в себя более высокочастотные компоненты, и наложение спектров становится более значительным в этих областях.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели две важные характеристики цифрового осциллографа: аналоговую полосу пропускания и частоту дискретизации.Мы видели, что для аналогового сигнала максимальная частота сигнала должна быть меньше примерно \ (\ frac {f_ {BW}} {3} \).

Для измерения цифрового сигнала мы можем ограничить наиболее значимую частотную составляющую цифрового сигнала до менее чем примерно \ (\ frac {f_ {BW}} {3} \). Более того, мы обсуждали, что требуется достаточно высокая частота дискретизации, чтобы избежать наложения спектров.

При использовании осциллографа с гауссовой частотной характеристикой обычно требуется, чтобы частота дискретизации в реальном времени была в 4-5 раз больше ширины полосы осциллографа.Осциллографы с максимально ровной частотной характеристикой имеют более резкий спад, и должно быть достаточно частоты дискретизации, примерно в 2,5 раза превышающей ширину полосы осциллографа.

Чтобы увидеть полный список моих статей, посетите эту страницу.