Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2010 №1

Осциллографы компании Tektronix закрытой архитектуры. Часть 2

Дьяконов Владимир


В последнее время стало очевидно, что, несмотря на огромный прогресс в разработке широкополосных цифровых осциллографов с полосами частот от 300–500 МГц и выше, наибольшим спросом по-прежнему пользуются менее широкополосные и существенно более дешевые цифровые запоминающие осциллографы (ЦЗО). Это приборы с закрытой архитектурой, содержащие встроенный упрощенный микрокомпьютер, аппаратный доступ к которому закрыт. В статье описана эволюция массовых осциллографов этой архитектуры компании Tektronix и отражен опыт автора по их изучению и применению.



Все статьи цикла:

Работа с осциллографами DPO4000

Просмотр и комментирование осциллограмм

При включении осциллографа DPO4000 происходит его автоматическое тестирование и загрузка микропрограммного обеспечения. Рекомендуется перед началом просмотра изучаемых сигналов нажать кнопку Default Setup («Установка по умолчанию») и Autoset («Автоматическая установка»). Это позволяет вывести осциллограмму канала CH1 и затем откорректировать ее вручную (рис. 20).

Рис. 20. Пример просмотра синусоидального сигнала с изменяемым уровнем смещения (видна работа цифрового фосфора)

Обратите внимание на установку времени послесвечения на бесконечность в левом меню экрана. Обычно время послесвечения устанавливается конечным, и ранее выведенные осциллограммы быстро или медленно исчезают — в зависимости от установленного значения времени послесвечения.

На экране осциллографа каждую осциллограмму (или метку) можно снабдить текстовой аннотацией (рис. 21). Для этого служит простой редактор, позволяющий вставлять в аннотацию символы и редактировать надписи. Он вызывается командой «Экранные аннотации» в разделе «Дисплей» страницы сервиса (меню Utility). Удобнее это делать с помощью клавиатуры, подключаемой к одному из трех разъемов шины USB. Это возможно при работающем осциллографе.

Рис. 21. Ввод аннотации на экран осциллографа

Но пока русскоязычные надписи в аннотациях не предусмотрены, впрочем их легко сделать с помощью любого графического редактора.

Опорные и расчетные осциллограммы и редактор математических выражений

Осциллографы DPO/MSO4000 позволяют выводить на экран и использовать опорные и расчетные осциллограммы. Их можно наблюдать совместно с обычными осциллограммами. Опорные осциллограммы — это сохраняемые во внутренней памяти обычные (и расчетные) осциллограммы, которые выводятся на экран линиями (точками) белого цвета (рис. 22). Для опорных осциллограмм можно назначить свои масштабы по горизонтали и по вертикали и ввести метки. Для них можно использовать средства автоматических измерений. Опорные осциллограммы длиной 10 Мбайт хранятся в энергозависимой памяти, и после выключения осциллографа их нужно сохранить во внешней памяти.

Рис. 22. Пример вывода трех опорных осциллограмм и одной обычной (снизу)

Расчетные осциллограммы — это идеализированные графики, математические выражения для которых создаются с помощью математического редактора (рис. 23). Они, безусловно, порадуют тех, кто применяет осциллограф для научных исследований. Математический редактор осциллографов DPO/MSO4000 позволяет не только задавать арифметические операции с осциллограммами, но и дифференцировать и интегрировать их, задавать вычисления по произвольным выражениям (рис. 23). Весьма полезна возможность применения в выражениях для расчетных осциллограмм результатов автоматических вычислений параметров сигналов.

Рис. 23. Применение математического редактора для создания расчетной осциллограммы — интеграла от сигнала канала CH4 (она показана красным цветом)

Установки каналов вертикального отклонения

При работе с аналоговыми каналами включение того или иного канала осуществляется кнопками с номерами каналов — от 1 до 4 для 4-канальных приборов. Они выделены разными цветами — теми же, что и цвета осциллограмм соответствующих каналов. При этом появляется меню, видное в нижней части экрана (рис. 24). В нем есть ряд важных установок: тип входа (подача полного сигнала с постоянной составляющей DC, только с переменной составляющей AC), подключение к «земле», выбор входного сопротивления в 1 МОм или 50 Ом (для широкополосных сигналов), включение или выключение инверсии сигналов, выбор полосы частот (полная, 250 или 20 МГц для приборов DPO/ MSO4104). Полосу можно выбрать с помощью дополнительного меню в правой части экрана. Учите, что при 50-омном входе максимальный коэффициент отклонения не может превышать 1 В/дел. (при 1 МОм — 10 В/дел.).

Рис. 24. Работа с установками аналоговых каналов

Сужение полосы частот каналов вертикального отклонения полезно, например, для частичной очистки сигналов от шума и высокочастотных наводок. Объем памяти под выборку сигнала можно установить от 1 К до 10 М точек (значение кратно 10).

Применение средства Wave Inspector

Управление горизонтальной разверткой также предельно просто: большая поворотная ручка Scale (справа от блока Wave Inspector) меняет масштаб временной развертки, а малая ручка Position перемещает область просмотра по горизонтали. Установленные параметры отражаются на экране осциллографа и тут же вызывают изменение осциллограмм. На рис. 25 показано применение средства Wave Inspector в роли лупы времени (задержанной развертки). Масштаб развертки по горизонтали можно устанавливать от 0,4/1 нс/дел. до 1000 с/дел.

Рис. 25. Осциллографирование сигналов шины I2C с применением Wave Inspector

Необходимо сделать несколько замечаний о применении нового средства Wave Inspector [4, 5]. Главное в Wave Inspector — двойная ручка 1 (рис. 18 [8]). Стоит попытаться повернуть внешнюю или внутреннюю ручку, как экран осциллографа разделяется на две части (рис. 25). В верхней, меньшей части экрана представлены полные осциллограммы, которые хранятся во всей памяти, а в нижней части — более детальные осциллограммы выбранного участка (на обзорной осциллограмме он выделяется большими белыми квадратными скобками). Положение выбранного участка задает внешняя ручка панорамирования, а ширину — внутренняя ручка лупы времени. Режим лупы можно включать и выключать кнопкой с изображением лупы, расположенной слева от сдвоенной поворотной лупы.

На обзорных осциллограммах можно установить метки и перемещаться по ним. Для этого служат три кнопки под двойной ручкой. Кнопка Set/Clear (она средняя) позволяет устанавливать или стирать метку. Крайние кнопки с изображением стрелок позволяют перемещаться от одной метки к другой в ту или иную сторону. Быстрый поиск помеченных метками фрагментов осциллограмм облегчает их анализ. Есть также возможность ручной и автоматической прокрутки просматриваемых с помощью Wave Inspector фрагментов полной осциллограммы, изменения размера памяти, вывода фрагментов, соответствующих заданным условиям, и т. д.

Возможности запуска и синхронизации развертки осциллографов DPO/MSO4000 не широки (в сравнении, например, с приборами серий 7000/70000, где система Pinpoint дает свыше 1400 режимов синхронизации). Однако они характерны для цифровых осциллографов среднего класса. Средства запуска развертки и синхронизации показаны на рис. 25. Внизу представлено меню запуска. Для запуска и синхронизации развертки при изучении последовательных шин предусмотрены дополнительные модули (см. их список в окне на рис. 19 [8]). На рис. 25 показана работа с одним из таких модулей для шины I2C. Из других шин, для исследования которых прекрасно приспособлены осциллографы серии DPO/MSO4000, можно отметить шину CAN автомобильного оборудования и RS-232 для компьютерного и промышленного оборудования.

Ручные и автоматические измерения в DPO/MSO4000

Разумеется, DPO/MSO4000 имеют обычные средства измерений с помощью масштабной сетки и перемещаемых курсоров. Большой и плоский жидкокристаллический экран осциллографов (26 см по диагонали) повышает точность измерений по масштабной сетке, но все же она бывает обычно недостаточной — погрешность до 3% и более. Более точные результаты дает применение курсоров. Для этого необходимо активизировать кнопку Cursors («Курсоры»).

Можно вывести поочередно вертикальные и горизонтальные курсоры и применять их совместно (рис. 26). В данном случае измеряются период и амплитуда высокочастотного сигнала канала CH2 (осциллограмма синего цвета). Сигналы получены от специальной тестирующей платы компании Tektronix. Можно задать режим перемещения курсора, при котором он отслеживает и помечает точку пересечения с осциллограммой. К сожалению, проведение курсорных измерений требует предельной аккуратности и потому довольно трудоемко. Но оно просто незаменимо, когда нужно установить положение особых точек на осциллограммах, которые не всегда корректно определяются при автоматических измерениях.

Рис. 26. Пример выполнения курсорных вычислений

Осциллографы DPO/MSO4000 изначально позволяли получать результаты 25 видов измерений, но одновременно можно было вывести не более четырех измерений для каждого канала. Начиная с прошивки 2.13, число измерений увеличено до 27, а число выводимых результатов измерений — до 8. Кроме того, непрерывно измеряется четыре статистических параметра осциллограмм: среднее, максимальное и минимальное значения, а также среднеквадратическое отклонение.

Для проведения автоматических измерений нужно активизировать кнопку Measure («Измерения») — первую из трех кнопок над двойной поворотной ручкой. При этом в нижней части экрана появляется меню измерений, в котором можно выбрать нужные измерения. Средства проведения автоматических вычислений представлены на рис. 27. На этом рисунке показаны меню измерений и окно с данными всех измерений. Знаком % отмечены измерения, невозможные в данной ситуации (например, для измерения периода или частоты сигнала нет нужных данных, поскольку осциллограмма представляет только часть периода).

Рис. 27. Средства проведения автоматических вычислений

На рис. 27 представлена осциллограмма положительного перепада импульса с длительностью 0,3 нс, поданного от генератора импульсов Г5-85. Измеренное по осциллограмме время нарастания около 0,5 нс соответствует собственному времени нарастания осциллографа: примерно 0,35 нс при полосе частот 1 ГГц (прибор DPO4104). Это высший результат для приборов закрытой архитектуры.

Спектральный анализ сигналов с помощью DPO/MSO4000

Для выполнения операции быстрого преобразования Фурье достаточно активизировать позицию «БПФ» меню математических операций. Анализатор спектра приборов DPO/MSO реализован неплохо: он позволяет получать четкий спектр не только простых импульсных сигналов и видеоимпульсов, но и высокочастотных модулированных сигналов. Так, на рис. 28 в окне Wave Inspector показаны осциллограмма амплитудно-модулированного (АМ) сигнала, его вырезка и спектр (красная линия). Спектр близок к теоретическому и представлен в виде трех узких вертикальных пиков: несущей и двух боковых частот. Меню справа от экрана позволяет задавать источник анализа, масштаб по вертикали (линейный или логарифмический), вид окна, установки положения спектра и его ширины.

Рис. 28. Построение спектра АМ-сигнала

Не следует путать окно анализатора спектра с окном Wave Inspector. В осциллографах применено оконное БПФ для полной осциллограммы. Применение окон позволяет управлять видом спектральных пиков и повышать разрешающую способность спектрограмм. Возможна установка одного из четырех типов окон: прямоугольное, Хеннинга, Хемминга или Блекмана-Харриса. Каждое окно представляет компромисс между разрешением по частоте и амплитуде гармоник спектра и определяет ширину спектральных линий. На рис. 29 показано получение спектра частотно-модулированного сигнала. Этот спектр также хорошо соответствует теоретическому.

Рис. 29. Построение спектра ЧМ-сигнала с окном

Если нужно анализировать частотные составляющие сигнала с малой интенсивностью, лучше применять логарифмический масштаб спектра по вертикали. Уровень при этом измеряется в децибелах, и динамический диапазон сигналов резко возрастает. К сожалению, при этом наблюдается нестабильная шумовая дорожка. С увеличением числа точек осциллограмм разрешающая способность спектрального анализа растет, но увеличивается и время анализа.

Печать и сохранение осциллограмм

Часто возникает необходимость в распечатке осциллограмм и полных копий экрана принтером, а также записи их в память — в том числе и на внешнюю флэш-память. Для этих операций служит кнопка Save/Recall Menu под экраном. Стоит обратить внимание на команду меню «Назначить Save для снимка». Она позволяет сохранять копии экрана или осциллограмм на заранее выбранном типе запоминающего устройства — виртуальном диске. Таких дисков может быть 4 — карта флэш-памяти и 3 диска на основе USB-карт флэш-памяти.

Кнопка (позиция) меню «Управление файлами» открывает одноименное меню в правой части экрана (рис. 30). Одновременно открывается окно с папкой содержимого флэш-памяти. С помощью этого меню можно открыть новую папку во флэш-памяти, удалить имеющуюся папку, переименовать папку или файл и отформатировать карту флэш-памяти. Следует отметить, что осциллографы могут иметь до четырех внешних дисков на основе флэш-памяти.

Рис. 30. Окно с папкой содержимого флэш-памяти

Работа с режимом XY

Изначально осциллографы DPO4000 не имели режима отображения XY. Но со сменой прошивки этот режим появился — правда, с реализацией в части экрана. На рис. 31 показаны средства для работы в этом режиме. В верхней части окна строятся временные зависимости синусоидальных сигналов, поданных на входы — вертикальный CH1 и горизонтальный CH2. Снизу представлено построение фигуры Лиссажу для этих сигналов. Для получения хорошо сфокусированной линии фигуры используется усреднение сигналов по 16 кадрам.

Рис. 31. Построение фигуры Лиссажу в режиме отображения XY

Применение осциллографов смешанных сигналов MSO4000

В роли логического анализатора осциллографы MSO4000 работают в двух режимах. В первом все 10 млн точек сигнала захватываются с частотой дискретизации 500 МГц и временным разрешением до 2 нс. Во втором режиме сверхвысокого разрешения используется специальная технология обработки сигналов MagniVu, обеспечивающая захват до 10 000 точек сигнала с эквивалентной частотой дискретизации до 16,5 ГГц, что обеспечивает временное разрешение для логических сигналов до 60,6 пс. Помимо осциллограмм 4 каналов, опорных и расчетных осциллограмм, MSO4000 позволяет в нижней части экрана отображать в виде идеализированных прямоугольных импульсов до 16 цифровых сигналов (см. вид экрана осциллографа на рис. 18).

Для подключения к тестируемому логическому или цифровому устройству осциллографы смешанных сигналов используют различные типы пробников. Самые распространенные — цифровые пробники P6516. Они имеют входное сопротивление 20 кОм и емкость 3 пФ. К осциллографу пробники подключаются одним разъемом 1, а к параллельной шине — с помощью миниатюрных зажимов, объединенных в две группы (рис. 32). Отдельно обычными пробниками 2 подключаются входы аналоговых сигналов.

Рис. 32. Подключение цифрового пробника Р6516

Пороги для каждого логического сигнала устанавливаются индивидуально (1,4 В по умолчанию). При представлении сигналов используется цветовое выделение их уровней — уровни логического «0» и логической «1» отмечаются разным цветом (синим и зеленым), что облегчает выявление фактов их смены. Применяется также пробник-соединитель Р6419, подключаемый к тестируемому устройству через разъем.

Осциллографы аналоговых и смешанных сигналов DPO/MSO 2000/3000

В 2008-2009 гг., в ответ на кризис в мировой экономике, фирма Tektronix расширила число младших серий своих осциллографов. Были выпущены приборы DPO2000/3000. Вскоре появились и осциллографы смешанных сигналов MS02000/3000. К сожалению, их стоимость, в сравнении с сериями TDS2000/3000, заметно увеличилась, но выросли и функциональные возможности приборов. Цена приборов осталась разумной для своего класса.

Новые приборы как две капли воды похожи на своих старших «собратьев» — осциллографы DPO/MSO4000. В частности, они оснащены средством Wave Inspector и имеют одинаковый вид передней панели. Приборы отличаются лишь меньшими габаритами и массой, меньшим разрешением дисплея и немного иными пропорциями корпуса.

Осциллографы MSO2000 имеют полосу 200 МГц, 2 или 4 канала (3 модели), поддерживают технологию цифрового фосфора DPO, обеспечивают скорость захвата до 5 тыс. осцилляций в секунду. Приборы имеют современный интерфейс пробников TekVPI, установку порога каждого из 16 логических каналов, поддержку 5 шин, цветной WQVGA ЖК-дисплей с размером 18 см по диагонали, дискретизацию в реальном времени 1 ГГц при длине записи 1 млн точек/канал независимо от числа каналов. Они обладают расширенным набором синхронизаций (в том числе setup/hold), математическим редактором, 29 автоматическими и курсорными измерениями, дают статистику по измерениям. У них есть USB-host, порт USB 2.0 с возможностью прямого управления USBTMC, порты VGA-видеовыхода, Ethernet (с полным управлением через e*Scope), замок Kensington. Это небольшие (размеры — 180*377*134 мм) и легкие (вес — 3,6 кг) приборы.

На рис. 33 показан вид окна осциллографа MSO2000. Внизу видны логические цифровые сигналы. Белые области на их фронтах показывают, что такая область может быть развернута как обычная осциллограмма.

Рис. 33. Окно дисплея осциллографа MSO2000 с одной аналоговой осциллограммой и восемью осциллограммами цифровых сигналов

Наверху такая осциллограмма показана для цифрового канала CH7.

На рис. 34 показана осциллограмма опорных импульсов (Clock) и восьми цифровых сигналов от параллельной 8-разрядной шины.

Рис. 34. Окно дисплея осциллографа MSO2000 с аналоговой осциллограммой опорных импульсов и цифровыми сигналами параллельной шины

Осциллографы DSO/MSO3000 (рис. 35) имеют полосу 100, 300 или 500 МГц, частоту дискретизации 2,5 ГГц/c, 2 или 4 канала (5 моделей) с входным сопротивлением 1 МОм/ 50 Ом/75 Ом и интерфейсом TekVPI [5, 7]. Приборы поддерживают технологию цифрового фосфора DPO и обеспечивают скорость захвата до 50 тысяч осциллограмм в секунду. 16 цифровых каналов обеспечивают разрешение 121,2 пс. Длина записи — 5 млн точек/канал независимо от числа каналов.

Рис. 35. Внешний вид осциллографа смешанных сигналов MSO3000

Размер большого цветного WVGA ЖК-дисплея — 22 см по диагонали. Приборы имеют математический редактор, 29 автоматических измерений, курсорные измерения и вывод статистики по измерениям. Есть USB-host, порт USB 2.0 с возможностью прямого управления USBTMC, выход синхроимпульса, VGA-видеовыход, Ethernet, замок Kensington. Габариты прибора — 203*416* 137 мм, вес — 4,1 кг. Характеристики и параметры этих осциллографов хорошо сбалансированы.

Как и в осциллографах DP0/MS04000, в новых приборах могут применяться миниатюрные программные модули специального назначения со специализированным пользовательским интерфейсом. На рис. 36 показан экран осциллографа MSO3000 при работе с модулем тестирования шины I2C.

Рис. 36. Пример работы с модулем тестирования шины I2C

Другой пример — работа с модулем тестирования источников питания — показан на рис. 37. Модуль позволяет производить основные измерения в источниках импульсного электропитания и оценивать стабильность их работы. На рис. 37 слева показана область стабильной работы SOA, справа — таблица параметров исследуемого источника.

Рис. 37. Пример работы с модулем тестирования источников питания

Проделанный выше обзор позволяет судить о достижениях компании Tektronix в разработке осциллографов закрытой архитектуры. Основной тенденцией стала полная унификация внешнего оформления передней панели и пользовательского интерфейса приборов, применение фирменного средства Wave Inspector для просмотра и детального анализа осциллограмм, увеличение длины памяти осциллограмм и выравнивание функциональных возможностей приборов разных серий. Приборы отличаются по рабочим частотам, размерам корпуса и дисплея, а также по весу и цене. Их возможности сильно возрастают при совместной работе с персональным компьютером и обработке осциллограмм с помощью систем компьютерной математики.

Литература

  1. Дьяконов В. П. Современная осциллография и осциллографы. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
  2. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Измерительные приборы и массовые электронные измерения. М.: СОЛОН-Пресс, 2007.
  3. Дьяконов В. Бюджетные цифровые запоминающие осциллографы // Ремонт и сервис. 2006. № 6.
  4. Уткин Ю. А. Новый осциллограф Tektronix DPO4000 изменяет рынок // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2006. № 1-2.
  5. Афонский А. А. Новые осциллографы Tektronix DP03000 // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2008. № 3.
  6. Афонский В. А., Дьяконов В. П. Современные осциллографические пробники и их грамотное применение // Контрольно-измерительные системы и приборы. 2007. № 5-6. 2008. № 1.
  7. Осциллографы с цифровым люминофором серии MS03000 и DP03000. Tektronix, 2009 — www.tektronix.com.
  8. Дьяконов В. Осциллографы компании Tektronix закрытой архитектуры // Компоненты и технологии. 2009. № 12.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке