Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №8

Использование специальных режимов схемы синхронизации и развертки цифровых запоминающих осциллографов для регистрации сложных сигналов. Часть 2. Специальные режимы развертки

Дедюхин Александр


Наряду с сигналами, приведенными в примерах первой части статьи, существуют сигналы, для наблюдения и исследования которых недостаточно методов, описанных ранее. Это возможно лишь при использовании специальных режимов развертки. В частности, режим сегментированной развертки, или режим сегментированной памяти.

Все статьи цикла:

Например, есть необходимость исследовать частоту и форму редких, коротких импульсов (секунды, минуты, часы и гораздо большие промежутки времени). Подадим на вход осциллографа импульсы частотой следования 1 Гц и длительностью 105 нс. При использовании классического способа захвата в длинную память ЦЗО результат будет следующим. Применим для эксперимента осциллограф LeCroy WavePro-7100A, максимальная длина памяти которого составляет 48 М, а частота дискретизации 20 Гвыб./с. Сигнал, отображенный на развертке 500 мс/деление, приведен на рис. 20.

Рис. 20
Рис. 20

Осциллограмма в верхней части отображает исходный сигнал, и как видно из измерения частоты, она соответствует частоте исходного сигнала. Применим растяжку основной развертки для увеличения размеров интересующего импульса. На растяжке в нижней части экрана виден значительно искаженный импульс, а также причина искажений — недостаточно высокая частота дискретизации. Измерение параметров импульса в этом случае не имеет никакого смысла. Сохраняя на экране период следования импульсов, можно потерять информацию о форме импульса. При попытке сохранить информацию о форме импульса (а это возможно только при уменьшении времени развертки) будет потеряна информация о периоде следования импульсов. Однако при решении этой задачи бесполезными с точки зрения сбора информации являются участки сигнала между импульсами (рис. 21).

Рис. 21
Рис. 21

Приостановив сбор информации о сигнале в промежутках между импульсами, можно использовать освободившуюся память для сбора более детальной информации о самих импульсах. Из формулы [1], как уже отмечалось ранее, следует, что при неизменной длине памяти осциллографа, при увеличении времени развертки, частота дискретизации неизбежно уменьшается и возникают условия, при которых достоверное отображение сигнала становится невозможным (рис. 2, КиТ № 7′2006). Очевидно, что чем большая часть «бесполезного» сигнала игнорируется осциллографом, тем больше полезной информации можно записать во внутреннюю память данного устройства. В этом режиме часть сигнала, записываемая во внутреннюю память осциллографа, называется сегментом. А развертка, обеспечивающая эту запись, — сегментированной разверткой.

Число возможных сегментов памяти связано с общей длиной памяти, частотой дискретизации и разверткой следующим соотношением:

(3)

Максимально возможное число сегментов памяти для осциллографов LeCroy составляет 20 000. Это позволяет решить одну лишь задачу — сохранить максимальную частоту дискретизации для более достоверного отображения сигнала, но как сохранить информацию о периоде повторения информации? Как было описано в примерах (рис. 19, КиТ № 7′2006), осциллографы LeCroy способны хранить и обрабатывать информацию о времени запуска развертки. В режиме сегментированной развертки эти сведения хранятся в буфере схемы запуска и содержат информацию о времени запуска как между соседними сегментами, так и отдельного сегмента относительно момента запуска первого сегмента. Обладая этой исходной информацией, осциллограф может при необходимости рассчитать время между любыми сегментами памяти. Погрешность измерения таких временных интервалов равна погрешности измерения временных интервалов в режиме автоматических измерений для одиночного импульса.

Так, для импульсов на рис. 20 использован режим сегментированной развертки, с числом сегментов 4. Результат приведен на рисунке рис. 22.

Рис. 22
Рис. 22

Частота дискретизации составляет 20 Гвыб./с. Из результатов автоматических измерений видно, что все параметры импульса, как временные, так и амплитудные, измерены достоверно, а время следования импульсов составляет 1 с.

Режим сегментированной памяти позволяет также фиксировать редкие и непериодические сигналы с максимальной частотой дискретизации в масштабе, удобном для просмотра. Примером таких сигналов могут служить данные, передаваемые по шине CAN, исследование лазерных излучений, электрических разрядов, а также в физике элементарных частиц, разработка систем пакетной передачи данных и многое другое.

Режим сегментированной развертки имеет на экране осциллографа более широкие режимы отображения сигнала, чем основная развертка. Связано это с тем, что в режиме основной развертки ЦЗО способен хранить и выводить на экран информацию о сигнале только за одну развертку. В режиме сегментированной памяти таких разверток в памяти ЦЗО может храниться до 20 000, и все они могут быть выведены на дисплей. В зависимости от того, какие задачи предстоит решить, осциллографы LeCroy предлагают один из режимов вывода на экран сегментированной памяти:

  1. Рядом — сегменты последовательно располагаются рядом друг с другом. Слева расположен самый ранний сегмент.
  2. Мозаика — сегменты последовательно располагаются рядом друг с другом в несколько строк. Слева вверху расположен самый ранний сегмент.
  3. Наложение — сегменты накладываются друг на друга.
  4. Каскад — сегменты последовательно располагаются рядом, друг над другом. Снизу расположен самый ранний сегмент.
  5. Перспектива — сегменты последовательно располагаются рядом, друг над другом с небольшим трехмерным смещением вправо и вдаль. Снизу расположен самый ранний сегмент.

Рядом — этот режим отображения предпочтителен для небольшого числа сегментов (рис. 22). Очевидно, что при большом числе сегментов изображение будет плохо различимым и придется применять отдельную функцию выделения одного или нескольких сегментов с отображением в отдельном окне. Функция выделения определенного сегмента (или сегментов) является важным элементом сегментированной памяти, поскольку именно она позволяет выбрать из общей картинки необходимый элемент и в дальнейшем произвести его измерения, математическую обработку, запись и другие действия. Так, на рис. 23 приведен пример захвата последовательности сигнала, отображения 80 сегментов рядом и выделения 55-го сегмента с измерением всех его параметров.

Рис. 23
Рис. 23

Мозаика — этот режим больше всего подходит для отображения, визуальной идентификации и сравнения разного рода артефактов и сигналов, имеющих различную структуру от сегмента к сегменту. Такие сигналы были приведены на рис. 4, 6–14. На рис. 24 приведен пример захвата и отображения в виде мозаики 20 сегментов и детализации 5-го сегмента.

Рис. 24
Рис. 24

Наложение — режим обеспечивает наиболее эффективное сравнение по форме всех сегментов и идентификацию участков сигнала или параметров сигнала, имеющих отличия друг от друга. Для примера на рис. 25 используем режим наложения; выделение сегментов осуществляется в 7 различных окнах (F1–F7), в которых отображаются заданные сегменты, и у каждого импульса производится измерение времени нарастания (P1–P6).

Рис. 25
Рис. 25

Каскад — режим, который в отличие от режима наложения не только обеспечивает визуальную идентификацию отличия сигнала в сегментах, но и позволяет определить временное положение сигналов, имеющих различия. На рис. 26 приведен пример отображения сигнала, приведенного на рис. 5, в режиме «каскад» при отображении 10 сегментов.

Рис. 26
Рис. 26

Перспектива — режим, позволяющий визуально оценить степени изменения сигнала в трехмерном пространстве. На рис. 27 приведен пример захвата и отображения импульсного сигнала, у которого изменяется время спада.

Рис. 27
Рис. 27

Решение задачи, приведенной на рис. 1 (КиТ № 7′2006), может быть достигнуто только при использовании сегментированной развертки, поскольку ни один из существующих видов синхронизации ЦЗО не способен четко идентифицировать различия в таком сигнале — параметры импульсов в одном пакете абсолютно идентичны параметрам импульсов в других пакетах, и различие составляет только число импульсов в пакете. На рис. 28 приведен пример каскада сегментов и «раскодировка» сигнала, ранее представленного на рис. 1, в виде выделения 48, 49 и 50 сегментов, в которых четко видно, что артефактом является наличие в последовательности пакетов с числом импульсов 10 вырожденных пакетов с числом импульсов 9,7 и 8. Так же методами, изложенными выше, можно измерить все параметры этого пакета, определить периодичность появления вырожденных пакетов и статистических параметров как вырожденных пакетов, так и истинных пакетов.

Рис. 28
Рис. 28

Осциллографы других производителей, например, осциллографы, активно использующие технологию Fast Acquisition, тоже обладают режимом, аналогичным режиму сегментированной памяти. Но в отличие от основных возможностей, изложенных выше, предлагается только режим отображения сегментов типа «наложение» и только измерение времени между сегментами. Другие особенности применения сегментированной памяти для таких осциллографов недоступны.

Другим режимом, еще более расширяющим возможности цифрового осциллографа, является режим допускового контроля. Большинство ЦЗО, включая бюджетные модели, имеет режим допускового контроля по форме сигнала. Но использование допускового контроля с использованием булевых функций, допускового контроля одного или нескольких результатов измерений параметров сигнала, программирование действий допускового контроля — тоже является уникальной возможностью осциллографов LeCroy, отсутствующей у ближайших конкурентов. Но об этом в следующий раз.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке