АКИП‑72200A: возможности настольного осциллографа в карманном исполнении

Введение

Новые USB-устройства АКИП-72200A — это ультракомпактные (14×9×2 см), легкие (200 г) двухканальные цифровые осциллографы реального времени под управлением ПК (рис. 1), представляющие собой реальную альтернативу современным настольным приборам. В новой линейке представлено пять моделей с полосами пропускания 10–200 МГц, которые пришли на смену популярной серии АКИП-4107.

Рис. 1. Внешний вид модели АКИП-72208A

Полностью русифицированное управляющее ПО PicoScope6рус, демоверсия которого находится в свободном доступе, даже в отсутствие прибора позволяет эмулировать оболочку меню, что позволяет ознакомиться с управлением и функциональностью осциллографа. Системные требования — полная совместимость с ОС Windows XP/Vista/7/8 (кроме Windows RT) 32- или 64-битных версий. Питание прибора осуществляется по интерфейсной USB-шине подключения, диапазон рабочих температур 0…+ 50 °C. Модельный ряд и основные технические характеристики представлены в таблице 1.

Базовые параметры в стандартной комплектации:

• дискретизация до 1 ГГц, временное разрешение до 1 нс;
• автоизмерения параметров (15 в режиме «осциллограф», 11 в режиме «анализатор спектра»);
• расширенное меню синхронизации, в том числе интеллектуальный запуск (восемь типов);
• анализатор спектра в полной полосе пропускания;
• встроенный функциональный генератор сигналов до 1 МГц и генератор сигналов произвольной формы, амплитуда ±2 В;
• декодирование данных: CAN, LIN, I²C, UART/RS-232, SPI, I²S, FlexRay;
• математика и вычисления (30 функций), режим Х—Y, интерполяция sinX/x;
• интерфейс USB 2.0.

Осциллограф

Аппаратная часть выполнена на базе 8-битного АЦП (до 12 бит в режиме увеличенного разрешения ERes). Наиболее востребованные разработчиками современного электронного оборудования полосы пропускания 10/25/50/100/200 МГц. Максимальная частота дискретизации от 100 МГц до 1 ГГц, при этом минимальное временное разрешение 1 нс. Режим эквивалентной дискретизации (ETS) позволяет установить максимальную скорость выборки 10 Гвыб./с (для периодического сигнала), что обеспечит разрешение 100 пс. В зависимости от модели внутренняя память составляет 8–48 кбайт.

Анализатор спектра

Одним кликом мыши в меню функций можно открыть новое окно для отображения частотного спектра выбранных каналов (FFT) — от заданного диапазона вплоть до полной полосы пропускания в зависимости от модели USB-осциллографа. Максимальное число точек для спектрального анализа от 128 до 1 млн. Прибор имеет широкое меню настроек параметров для оценки гармоник и управления частотным анализом. К услугам пользователя (на выбор): восемь типов окон отображения и три режима обработки спектрограмм при выводе на дисплей (амплитуда, усреднение, пиковое значение). Доступно отображение нескольких спектрограмм выбранных каналов, можно использовать растяжку (zoom) и анализировать эти данные одновременно с наблюдением входного сигнала во временной области (time-domain). На дисплей может быть выведено любое частотно-временное автоизмерение из большого перечня (всего 11 параметров), в том числе THD, THD+N, SINAD, SNR и IMD (рис. 2).

Рис. 2. Меню параметров в режиме «Анализатор спектра»

Генератор

Кроме двух входных каналов А/В осциллографы имеют разъем BNC (рис. 3), являющийся выходом встроенного генератора AWG для выдачи функциональных сигналов или генерации колебаний произвольной формы. В АКИП-72204A/72205A функциональный генератор имеет диапазон частот от 0,03 Гц до 100 кГц (восемь форм сигналов), в старших моделях АКИП-72206A/72207A/72208A не менее 1 МГц и 10 выходных форм (добавлен белый шум и псевдослучайная последовательность/PRBS).

Рис. 3. Передняя панель

Генератор СПФ имеет разрешение по вертикали 12 бит. При формировании сигнала из 20 точек на период имеет диапазон частот не менее 100 кГц, для моделей АКИП-72206A/72207A/72208A — не менее 1 МГц. Максимальная выходная частота определяется скоростью выборки ЦАП, которая для младших моделей составляет до 2 Mвыб./с (при длине памяти 4 кбайт) и до 20 Mвыб./с — для АКИП-72206A/72207A/72208A (память 8 кбайт).

К выходным сигналам может быть применена функция свипирования (качание частоты/ГКЧ). Закон и направление качания определяются пользователем: нарастание, убывание (логарифмическое или линейное). Режимы запуска качания — однократный или непрерывный цикл. Функция генератора свипирования с одновременной активацией в одном из каналов режима анализа спектра позволяет быстро проанализировать частотную характеристику фильтров и усилителей.

Управляющее ПО имеет возможности импорта сигналов произвольной формы из файлов данных или позволяет легко нарисовать требуемые эпюры с помощью графического редактора СПФ (AWG editor, рис. 4).

Рис. 4. Формирование сигнала произвольной формы

Графический мини-редактор отличает высокая производительность по формированию и удобство видоизменения различных кривых (эпюр). Всего несколько минут потребуется на создание выходного сигнала в виде пачки радиоимпульсов с синусоидальной формой заполнения (sine-burst) — например, «звукового стимулятора» для различных акустических систем (громкоговоритель, электроакустический преобразователь, динамик, спикер, звуковая колонка). Сигнал подобной формы применяется при тестировании фильтров звукового диапазона с целью анализа частотной характеристики.

Такой пакетный сигнал представляет определенные трудности для устойчивой синхронизации, удержания осциллографа в режиме непрерывного сбора данных (так как в моменты отсутствия burst-импульсов изображение на экране нестабильно — все время «прыгает»). Тем не менее, даже в этом случае прибор позволяет быстро найти необходимые настройки в меню расширенной синхронизации (advanced trigger), которые обеспечат стабильную работу (рис. 5).

Рис. 5. Меню расширенной синхронизации

Декодирование последовательных данных

Дополнительный ресурс тестирования новинок — возможности анализа сигналов последовательной передачи (синхронизация и декодирование). Программное обеспечение АКИП PicoScope6рус предоставляет возможности декодирования данных различных последовательных шин: CAN, LIN, I²C, UART/RS-232, SPI, I²S, FlexRay. В отличие от обычных логических анализаторов, USB-осциллограф позволяет увидеть исходные электрические сигналы с высоким разрешением и одновременным отображением данных (рис. 6).

Рис. 6. Режим «Декодирование последовательных данных»

Декодированные данные отображаются в специальном окне программы (ниже осциллограммы входного сигнала), таким образом для их анализа нет необходимости открывать новое окно. При декодировании ошибочные кадры (error frames) в потоке отмечаются красным цветом. Эти кадры можно увеличить, чтобы исследовать помехи или локализовать возможные искажения. Формат и структура окна обеспечивают отображение списка расшифрованных кадров (сообщений), в том числе данных, всех идентификаторов и флагов.

Доступна настройка условий фильтрации для отображения только интересующих кадров, поиск кадров по заданным условиям, а также определение стартового шаблона для вывода списка данных. Кроме того, возможно создать свою электронную таблицу для декодирования пользовательских данных.

Потоковая оцифровка

Все USB-осциллографы АКИП, в том числе модели новой линейки, поддерживают режим «потоковой» оцифровки данных (data streaming mode, рис. 7), обеспечивая «безразрывный» захват и непрерывную передачу данных через USB-порт непосредственно в ОЗУ и далее на жесткий диск ПК со скоростью 1 Мвыб./с и более (скорость выборки в режиме «потоковой» оцифровки данных определяется спецификациями ОС, параметрами ПК, а также загруженными и активированными приложениями).

Рис. 7. Схема «потоковой» оцифровки

 Драйвера и комплект для разработки программного обеспечения (SDK) позволяют написать собственный софт (ПО) и управлять интерфейсом с помощью популярных сторонних программных пакетов, таких как LabVIEW и др.

Автоизмерения, математика и отображение

Программно-аппаратная реализация обеспечивает: 15 видов автоматических измерений параметров входного сигнала; курсорные измерения (ΔU; ΔT; 1/ΔT); режим цифрового регистратора с удобным окном навигации. PicoScope позволяет сохранять в буфер до 10 000 осциллограмм (межсегментное время 2 мкс) с учетом доступной памяти осциллографа и установленного значения К_разв. Каждый записанный сигнал (проход экранной развертки) хранится в буфере, что позволяет «перемотать» и просмотреть при помощи навигационного окна в пошаговом режиме любой из тысяч предыдущих сигналов. Окно «Буфер» визуально отображает все собранные осциллограммы в виде последовательной цепочки кадров и позволяет быстро найти необходимый участок сигнала. При помощи закладок («Увеличить») и («Уменьшить») навигационное окно позволяет установить один из трех уровней масштабирования записанных осциллограмм: большой формат, средний, малый.

Схема цифровой синхронизации в максимальной степени снижает время простоя (re-arm delay) и, в комбинации с режимом сегментированной памяти (segmented memory), позволяет гарантированно захватывать высокоскоростные процессы или редкие аномалии в потоке входных данных (рис. 8).

Рис. 8. Меню синхронизации

Присутствует удобная функция «Тест по маске» (рис. 9а), с помощью которой определяется выход осциллограммы или спектра за пределы допуска, который задается пользователем. Софт обеспечивает автоматическое построение масок «Годен/Не годен» (рис. 9б) по захваченному сигналу, либо формирование маски вручную. Тест по маске удобен для визуального наблюдения периодических ошибок и гличей при отладке РЭА, а также для поиска дефектов в процессе тестирования готовой продукции.

Рис. 9. Окно программы в меню: а) «Тест по маске»; б) «Годен/Не годен»

Осциллограф будет захватывать любые периодические сбои и отображать суммарный подсчет числа отклонений от маски (рис. 9), а также другие статистические данные в окне «Измерения» (Measurements) в нижней части экрана. Редактирование допуска маски осуществляется двумя способами: числовым (%) и графическим (форма), которые используются отдельно или в сочетании друг с другом, позволяя достичь высокой точности ввода отклонений относительно эталонной спецификации. Ресурсы ПО обеспечивают не только изменение существующих допусковых профилей, но и создание масок при помощи экспорта и импорта CSV-файлов данных.

Математическая обработка (сложение, вычитание, умножение, инверсия) допускает возможность создания собственных функций на каждом из входных каналов. Пользователю доступен редактор формул для создания сложных функций: тригонометрическая, экспоненциальная, логарифмы, статистика, интегрирование и производная (рис. 10).

Рис. 10. Меню математики

Анализ в режиме X-Y

Специальный режим Х-Y позволяет наиболее полно сравнивать и измерять фазовые характеристики двух сигналов. В режиме Х-Y осциллограф отображает данные с одного канала АЦП относительно другого. Данные с канала А поступают одновременно с данными по каналу В и могут быть пользователем произвольным образом выбраны в качестве сигнала развертки АЦП (на горизонтальную или вертикальную ось, рис. 11). Осциллограф имеет возможность одновременно отображать сигнал в режиме Х-Y и показывать временную развертку по каждому каналу.

Рис. 11. Меню в режиме Х-Y

В функции последовательного накопления осциллограмм различные типы их визуализации позволяют увидеть изменения в исследуемом сигнале. При активации режима «Послесвечение» производится наложение ранее собранных и последующих данных друг на друга с цвето-яркостным выделением участков, имеющих какие-либо изменения (рис. 12). Это поможет легко обнаружить глитчи, артефакты и единичные пульсации, оценить в структуре сигнала частоту появления таких событий с целью их локализации.

Рис. 12. Режим аналогового послесвечения

У пользователя всегда есть выбор между режимами аналогового послесвечения (persistence) или цветно-яркостного выделения флуктуаций (digital color), а также возможность пользовательской настройки отображения сигнала. Стоит подчеркнуть, что благодаря функции многоэкранного дисплея (multi–screen) все USB-осциллографы АКИП поддерживают функцию одновременной работы генератора, осциллографа или анализатора спектра (рис. 13).

Рис. 13. Экран в функции multi–screen

Важно отметить, что визуализация данных (нескольких отображений входного сигнала) производится с индивидуальными параметрами их масштабирования, заданными полосами пропускания и частотами фильтрации для каждого из отображений.

Программное обеспечение позволяет при необходимости увеличить интересующий участок до 50 000 раз («Цифровая растяжка», Zoom), что дает возможность исследовать захваченный сигнал во всех деталях (рис. 14).

Рис. 14. Меню «Цифровая растяжка»

Для подавления шумов в меню программного обеспечения можно включить фильтрацию нижних частот. Эта функция полезна при анализе зашумленных сигналов. После включения фильтра исчезают высокочастотные шумы, а форма сигнала остается неизменной (рис. 15, слева — до фильтрации, справа — после).

Рис. 15. Фильтрация участка осциллограммы (в выделенном окне)

Заключение

Описанные новинки традиционно имеют полностью локализованный внутренний интерфейс. Меню и все контекстные информационные сообщения ПО отображаются на русском языке, обеспечивается контекстная техническая поддержка в виде справочника пользователя, внедренного в оболочку прибора («Помощь»,HELP). Широчайшие возможности измерений и анализа локализованного ПО являются одними из главных преимуществ USB-осциллографов серии АКИП. Благодаря гибкому и удобному структурированному интерфейсу освоение программы и прибора происходит весьма быстро.

Гарантийный срок эксплуатации составляет 5 лет. В комплект поставки входит USB-осциллограф АКИП-7220хA, управляющий софт и CD с дополнительными материалами (драйвера, комплект SDK, РЭ на русском языке), USB-кабель подключения к ПК, пробники (табл. 2) x1/x10 (2 шт.).

Новые осциллографы с полосами пропускания до 200 МГц, широкими измерительными ресурсами и высокими технические характеристики легко помещаются в сумку с ноутбуком и даже в нагрудный карман. Они оптимально подходят для измерений в полевых условиях, а также для специалистов по диагностике оборудования, выполняющих тестирование в режиме частых выездов на объекты. Исходя их параметров и ключевых особенностей, АКИП-72200A имеют все шансы быть востребованным в таких сферах применения, как электронный дизайн, исследования и тестирование, техническое проектирование и отладка, образование, эксплуатационное обслуживание и ремонт.