Odpowiedzi - Serwis Elektroniki

Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
Andrzej Brzozowski
Oscyloskop jest jednym z najwa¿niejszych przyrz¹dów pomiarowych. Wybór w³aœciwego oscyloskopu jest trudny poniewa¿ oferta jest bardzo du¿a, a zakres cen szeroki.
Planuj¹c zakup oscyloskopu musimy zastanowiæ siê, jakie
jego parametry s¹ dla nas najwa¿niejsze. Konieczna jest odpowiedŸ na nastêpuj¹ce pytania:
· jaka bêdzie maksymalna czêstotliwoœæ mierzonego sygna³u?
· ile sygna³ów w jednym momencie ma byæ mierzonych?
· czy mierzone sygna³y s¹ okresowe, czy te¿ wystêpuj¹ bardzo rzadko lub jednorazowo?
· jakie s¹ maksymalne i minimalne amplitudy mierzonych
sygna³ów?
· czy potrzebna jest matematyczna obróbka mierzonych
sygna³ów?
Odpowiedzi na te pytanie powinny byæ kluczowe dla dokonania w³aœciwego wyboru.
Podstawowe grupy oscyloskopów to:
· oscyloskopy analogowe,
· oscyloskopy analogowo-cyfrowe,
· oscyloskopy cyfrowe,
· karty oscyloskopowe do komputerów.
Oscyloskopy analogowe
Oscyloskop analogowy wyœwietla kszta³t mierzonego sygna³u bezpoœrednio na ekranie. G³ównym jego elementem jest lampa
oscyloskopowa. Obraz przebiegu jest rysowany na ekranie w
czasie rzeczywistym – aktualne po³o¿enie plamki œwietlnej zale¿y od wartoœci i polaryzacji napiêæ przy³o¿onych do p³ytek
odchylaj¹cych lampy. P³ytki odchylania poziomego odchylaj¹
strumieñ elektronów w lampie w kierunku poziomym – wzd³u¿
osi czasu, p³ytki odchylania pionowego w kierunku pionowym
proporcjonalnie do amplitudy mierzonego sygna³u.
Podstawowe parametry oscyloskopu analogowego to:
· pasmo przenoszenia oscyloskopu,
· czu³oœæ odchylania pionowego,
· czu³oœæ odchylania poziomego,
· liczba torów wejœciowych,
· tryby wyzwalania,
· parametry lampy oscyloskopowej.
Pasmo przenoszenia oscyloskopu to czêstotliwoœæ, przy
której wystêpuje spadek amplitudy mierzonego sygna³u o 3dB.
Pasmo przenoszenia ma decyduj¹ce znaczenie na jego cenê.
Jak wiêc wybraæ optymalnie ten parametr? Warto skorzystaæ z
zasady przyjêtej w technice pomiarowej, która mówi, ¿e pasmo oscyloskopu powinno byæ piêciokrotnie wiêksze ni¿ czêstotliwoœæ mierzonego sygna³u:
B = 5 × fmaks.
gdzie: B oznacza pasmo oscyloskopu, a fmaks. maksymaln¹ mierzon¹ czêstotliwoœæ.
Takie za³o¿enie pozwala na wykonanie pomiaru z dok³adnoœci¹ do pi¹tej harmonicznej mierzonego sygna³u, co daje dok³adnoœæ pomiaru na poziomie 2%. Popularne oscyloskopy
analogowe przeznaczone do celów serwisu RTV maj¹ pasmo
przenoszenia 20MHz, co umo¿liwia pomiar sygna³ów o czêstotliwoœci 4MHz z dok³adnoœci¹ 2%.
Czu³oœæ odchylania pionowego okreœla zakres mierzonych
amplitud. Typowe wartoœci czu³oœci odchylania pionowego
popularnych oscyloskopów analogowych mieszcz¹ siê w granicach 5mV ÷ 5V/dz i s¹ regulowane skokowo. Oscyloskopy
o bardzo dobrych parametrach maj¹ czu³oœæ w zakresie 1mV
÷ 20V/dz, a nawet do 50V/dz.
Bardzo wa¿nym parametrem odchylania pionowego jest
wartoœæ maksymalnego sygna³u wejœciowego – zwykle rzêdu
300V ÷ 400V (suma sk³adowej sta³ej i zmiennej). Wartoœci tej
nie mo¿na przekraczaæ, gdy¿ powoduje to uszkodzenie toru
wejœciowego oscyloskopu. Sygna³y o wiêkszych amplitudach
mo¿na mierzyæ stosuj¹c odpowiedni¹ sondê 1:10, 1:100.
Czu³oœæ odchylania poziomego okreœla dok³adnoœæ pomiaru w dziedzinie czasu. Typowe wartoœci czu³oœci odchylania poziomego mieszcz¹ siê w granicach 0.2µs ÷ 0.5s/dz i s¹
regulowane skokowo.
Liczba torów wejœciowych – popularne oscyloskopy analogowe posiadaj¹ z regu³y dwa tory pomiarowe, co umo¿liwia
równoczesn¹ obserwacje dwóch przebiegów. Prze³¹cznik toru
pomiarowego pozwala na wybór obserwowanego sygna³u.
Je¿eli konstrukcja lampy oscyloskopowej umo¿liwia emisjê i sterowanie dwóch strumieni elektronów (dwóch plamek
œwietlnych), to ka¿dy z kana³ów pomiarowych steruje odchylaniem jednego ze strumieni (lampê oscyloskopow¹ o takich
w³asnoœciach nazywamy lamp¹ dwustrumieniow¹). Je¿eli oscyloskop nie jest wyposa¿ony w lampê dwustrumieniow¹, to jest
on wyposa¿ony w uk³ad prze³¹czania umo¿liwiaj¹cy pracê w
jednym z trybów:
· obserwacja kana³u 1 - CH1,
· obserwacja kana³u 2 - CH2,
· tryb prze³¹czany ALT – w trybie tym odchylanie w kierunku poziomym (podstawy czasu) jest prze³¹czane co cykl
z jednego kana³u do drugiego; tryb ALT nie mo¿e byæ wykorzystywany do wyœwietlania sygna³ów o ma³ej czêstotliwoœci – poni¿ej 50Hz, poniewa¿, wystêpuje wówczas
silne migotanie obrazu oscyloskopowego,
· tryb „siekany” CHOP – w trybie CHOP odchylanie w kierunku poziomym jest prze³¹czane z du¿¹ czêstotliwoœci¹
pomiêdzy torami 1 i 2. Czêstotliwoœæ prze³¹czania w trybie CHOP jest na tyle du¿a (100kHz÷500kHz), ¿e pozwala na uzyskanie wyœwietlania ci¹g³ego przebiegu, a nie
tylko jego fragmentów. Tryb CHOP nadaje siê do wyœwietlania sygna³ów o ma³ych czêstotliwoœciach (poni¿ej
50Hz), natomiast nie mo¿e byæ wykorzystywany do wyœwietlania sygna³ów o czêstotliwoœciach wiêkszych ni¿
czêstotliwoœæ trybu CHOP, poniewa¿ okres prze³¹czania
jest wówczas d³u¿szy ni¿ okres wyœwietlanego sygna³u.
Dodatkowo uk³ad prze³¹czania mo¿e pozwalaæ na wyœwietlanie sumy lub ró¿nicy sygna³ów z kana³ów 1 i 2.
Tryby wyzwalania decyduj¹ o tym, jak synchronizowany
jest wyœwietlany przebieg. Standardowe rodzaje to: AUTO,
SERWIS ELEKTRONIKI
Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
NORM. Wiele oscyloskopów jest wyposa¿onych w tryby TVV, TV-H, które pozwalaj¹ na ³atw¹ obserwacjê sygna³ów telewizyjnych. W trybie TV-V podstawa czasu jest wyzwalana
impulsami odchylania pionowego sygna³u telewizyjnego, a w
trybie TV-H impulsami odchylania poziomego sygna³u TV.
Parametry lampy oscyloskopowej – warto zwróciæ uwagê na jasnoœæ œwiecenia luminoforu. Dobre oscyloskopy wyposa¿one s¹ w regulacjê jasnoœci œwiecenia i ostroœci, a tak¿e
korekcjê wp³ywu ziemskiego pola magnetycznego na strumieñ
elektronów.
Uwagi ogólne. Oscyloskopy analogowe stanowi¹ zanikaj¹c¹ czêœæ rynku oscyloskopów, coraz mniej jest producentów,
którzy je produkuj¹ – g³ównie firmy dalekowschodnie. Najwiêksze firmy produkuj¹ce sprzêt pomiarowy nie rozwijaj¹ ju¿
linii oscyloskopów analogowych.
Warto decydowaæ siê na ten typ oscyloskopu gdy:
· zale¿y nam na jak najni¿szej cenie,
· nie zale¿y nam na ma³ych wymiarach urz¹dzenia,
· nie s¹ nam potrzebne obserwacje sygna³ów nieokresowych, wystêpuj¹cych bardzo rzadko lub jednorazowo,
· nie s¹ nam potrzebne dok³adne dane pomiarowe, ich prezentacja, wydruki,
· nie potrzebne nam s¹ zaawansowane techniki wyzwalania.
Oscyloskopy analogowo-cyfrowe
Oscyloskopy te w stosunku do oscyloskopów analogowych
zosta³y wyposa¿one w przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe oraz pamiêæ. Przetworniki i pamiêæ pozwalaj¹ na wyœwietlanie zapamiêtanych sygna³ów.
Oscyloskopy analogowo-cyfrowe wyposa¿one s¹ w prze³¹cznik trybu pracy.
W trybie pracy analogowym pracuj¹ jak zwyk³e oscyloskopy analogowe, w trybie pracy cyfrowym pracuj¹ jako oscyloskop analogowy ale dodatkowo mog¹ zapamiêtaæ i odtwarzaæ mierzone sygna³y oraz realizowaæ funkcje matematyczne
na zapamiêtanych sygna³ach.
Przy wyborze tego typu oscyloskopu warto zwróciæ uwagê
na pasmo przenoszenia. Czêsto jest ono zale¿ne od trybu pracy – w trybie analogowym mo¿e byæ wy¿sze ni¿ w trybie cyfrowym – zale¿y to od zastosowanych przetworników.
Ceny oscyloskopów analogowo-cyfrowych s¹ znacznie wy¿sze ni¿ ceny oscyloskopów analogowych. O wyborze tego
typu oscyloskopu powinno zadecydowaæ jego przeznaczenie
– warto zastanowiæ, siê, czy rzeczywiœcie potrzebne s¹ nam
funkcje cyfrowe oscyloskopu, a je¿eli tak, to które z nich s¹
dla nas najwa¿niejsze. Wyposa¿enie w funkcje cyfrowe ma
decyduj¹ce znaczenie na cenê tego rodzaju oscyloskopu.
Zwykle takie oscyloskopy wykorzystywane s¹ g³ównie jako
analogowe, a obróbka cyfrowa sygna³u stosowana jest rzadko
– g³ównie przy pomiarach sygna³ów bardzo wolnych lub jednorazowych.
Oscyloskopy cyfrowe
Dzia³anie oscyloskopu cyfrowego polega na pobieraniu próbek mierzonego sygna³u równych jego wartoœci chwilowej w
momencie próbkowania, przetworzeniu wartoœci chwilowych
na sygna³ cyfrowy i zapamiêtaniu ich w pamiêci cyfrowej. Przebieg jest prezentowany bezpoœrednio po zebraniu takiej liczby
próbek, ¿eby zape³niæ jeden ekran (jest to liczba próbek odpowiadaj¹ca rozmiarowi rekordu pamiêci). Ekrany stosowane w
oscyloskopach cyfrowych to lampy kineskopowe lub wyœwietlacze LCD.
Istotnymi zaletami oscyloskopów cyfrowych s¹: mo¿liwoœæ
matematycznej obróbki zapamiêtanych sygna³ów i automatyzacji pomiaru ró¿nych parametrów sygna³u (analizatory przebiegów), mo¿liwoœæ zapamiêtywania i przesy³ania sygna³ów
na du¿e odleg³oœci, mo¿liwoœæ sprzêgania oscyloskopu z systemami pomiarowymi, mo¿liwoœæ barwnej prezentacji wielu
przebiegów na monitorze z kolorow¹ lamp¹ kineskopow¹ lub
wyœwietlaczem LCD.
Wad¹ oscyloskopów cyfrowych jest opóŸnienie reakcji na
zmianê ustawieñ wynikaj¹ce z tego, ¿e do wyœwietlenia obrazu zgodnego ze zmienionymi ustawieniami konieczne jest zgromadzenie i przetworzenie próbek sygna³u.
Ze wzglêdu na malej¹ce ceny uk³adów du¿ej skali integracji oraz mo¿liwoœci wynikaj¹ce z cyfrowej obróbki sygna³u,
oscyloskopy cyfrowe staj¹ siê coraz popularniejsze.
G³ówne parametry oscyloskopu cyfrowego to: pasmo przenoszenia, czêstotliwoœæ próbkowania i d³ugoœæ rekordu pamiêci. Parametry te musz¹ byæ dobrane zgodnie z potrzebami
pomiarowymi.
Pasmo przenoszenia oscyloskopu cyfrowego okreœla zwykle mo¿liwoœci przenoszenia sygna³ów przez analogowe obwody wejœciowe. Przy doborze pasma oscyloskopu cyfrowego nale¿y kierowaæ siê t¹ sam¹ zasad¹ jak przy doborze pasma
oscyloskopu analogowego: pasmo powinno byæ piêciokrotnie
wiêksze ni¿ czêstotliwoœæ mierzonego sygna³u:
B = 5 × fmaks.
gdzie: B oznacza pasmo oscyloskopu, a fmaks. maksymaln¹ mierzon¹ czêstotliwoœæ.
Takie za³o¿enie pozwala na wykonanie pomiaru z dok³adnoœci¹ do pi¹tej harmonicznej mierzonego sygna³u, co daje dok³adnoœæ pomiaru na poziomie 2%. Dla pomiarów dokonywanych w serwisach sprzêtu RTV pasmo przenoszenia 20MHz
gwarantuje pomiar sygna³ów o czêstotliwoœci do 4MHz z dok³adnoœci¹ 2%.
Czêstotliwoœæ próbkowania. Oscyloskopy cyfrowe zapisuj¹ okreœlon¹ iloœæ próbek sygna³u. Próbki zapisywane s¹ w
rekordzie pamiêci i wyœwietlane na ekranie po zapisaniu rekordu. Im wiêksza jest liczba próbek, tym dok³adniej wyœwietlany jest mierzony przebieg. Iloœæ pobieranych próbek zale¿y
od czêstotliwoœci próbkowania podawanej jako iloœæ mierzonych próbek na sekundê i wielkoœci rekordu pamiêci.
S¹ dwa tryby pracy oscyloskopów cyfrowych: próbkowanie w czasie rzeczywistym i próbkowanie w czasie ekwiwalentnym. Próbkowanie w czasie rzeczywistym odbywa siê z
du¿¹ czêstotliwoœci¹ pozwalaj¹c¹ na zgromadzenie wszystkich
próbek w czasie zapisu jednego rekordu pamiêci. Próbkowanie w czasie ekwiwalentnym wystêpuje wtedy, gdy przetwornik analogowo-cyfrowy oscyloskopu nie jest dostatecznie szybki i w jednym cyklu rejestracji zapisywana jest tylko czêœæ rekordu. Brakuj¹ce próbki pobierane s¹ w kolejnych cyklach a¿
do zape³nienia ca³ego rekordu.
Przebiegi jednorazowe musz¹ byæ próbkowane w czasie
rzeczywistym. Przebiegi okresowe mog¹ byæ próbkowane w
czasie ekwiwalentnym.
Przy jednorazowym wyzwoleniu oscyloskopu jego pasmo
SERWIS ELEKTRONIKI
Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
wynika z próbkowania rzeczywistego – a czêstotliwoœæ próbkowania w czasie rzeczywistym okreœlana jest jako: “Single
Shot Bandwidth”, “Real Time Bandwidth”, “Single Shot Sampling Rate” lub “Real Time Sampling Rate”.
Dla sygna³ów okresowych czêstotliwoœæ próbkowania okreœlana jest jako “Equivalent Time Bandwidth”, ”Equivalent Time
Sampling Rate”.
Jak okreœliæ potrzebn¹ nam czêstotliwoœæ próbkowania?
Rozwa¿ania teoretyczne dotycz¹ce próbkowania prowadz¹
do wzoru, który mo¿emy zastosowaæ jako kolejn¹ wskazówkê
przy wyborze parametrów oscyloskopu cyfrowego”
RTSR = 4 × B
gdzie: RTSR oznacza czêstotliwoœæ próbkowania w czasie rzeczywistym, a B oznacza pasmo obwodów analogowych
oscyloskopu.
Inn¹ metod¹ okreœlenia czêstotliwoœci próbkowania jest
okreœlenie minimalnej odleg³oœci czasowej pomiêdzy próbkami. Je¿eli chcemy, aby odleg³oœæ ta by³a równa np. 10ns, to
wymagane RTSR wynosi:
RTSR = 1 /(10ns) = 100Msa/s.
Je¿eli odleg³oœæ miêdzy próbkami ma byæ równa 1ns, to potrzebujemy czêstotliwoœci próbkowania:
RTSR = 1 / (1ns) = 1Gsa/s.
Na co nale¿y zwróciæ uwagê przy przegl¹daniu danych katalogowych oscyloskopów?
· Bardzo czêsto jako czêstotliwoœæ próbkowania podawana
jest czêstotliwoœæ próbkowania w trybie ekwiwalentnym,
która jest znacznie wy¿sza od czêstotliwoœci próbkowania
w czasie rzeczywistym i mo¿e byæ stosowana tylko dla
sygna³ów okresowych.
· Je¿eli oscyloskop jest dwukana³owy, a producent podaje
jedn¹ wartoœæ czêstotliwoœci próbkowania w czasie rzeczywistym, to nale¿y za³o¿yæ, ¿e przy pracy z dwoma kana³ami, czêstotliwoœæ ta jest dwa razy mniejsza.
Pojemnoœæ rekordu pamiêci. Jest to parametr równie
wa¿ny jak pasmo, czy te¿ czêstotliwoœæ próbkowania. Nazywany jest tak¿e g³êbokoœci¹ pamiêci: “Memory Depth”, “Buffer Size”.
Oscyloskop cyfrowy zapamiêtuje próbki w pamiêci. Iloœæ
Czêstotliwoœæ
próbkowania SR
RTSR
próbek M zebranych w czasie t z czêstotliwoœci¹ próbkowania
SR mo¿na wyliczyæ ze wzoru:
M = SR × t
Rozmiar rekordu pamiêci jest sta³y (nasze M we wzorze
powy¿ej). Widaæ wiêc, ¿e gdy zmieniamy czas obserwacji t
(podstawê czasu w oscyloskopie) zmienia siê czêstotliwoœæ
próbkowania SR. Zwiêkszanie czasu obserwacji – zwiêkszanie podstawy czasu powoduje, ¿e czêstotliwoœæ próbkowania
zmniejsza siê. Zmniejszanie podstawy czasu powoduje zwiêkszanie siê czêstotliwoœci próbkowania, a¿ do jej maksymalnej
mo¿liwej wartoœci RTSR.
Je¿eli za³o¿ymy, ¿e na ekranie widoczny jest ca³y rekord
pamiêci o d³ugoœci M próbek, to czêstotliwoœæ próbkowania
SR mo¿na wyraziæ wzorem:
· SR = RTSR
dla czasów obserwacji t £ (M / RTSR),
· SR = M / t
dla czasów obserwacji t > (M / RTSR).
Czas obserwacji “To = M / RTSR” jest wartoœci¹ charakterystyczn¹ dla danego oscyloskopu, powy¿ej której nastêpuje
zmniejszanie siê czêstotliwoœci próbkowania, a poni¿ej tej
wartoœci czêstotliwoœæ próbkowania jest sta³a i równa maksymalnej rzeczywistej czêstotliwoœci próbkowania RTSR.
Na rysunku 1 przedstawiono wykres zale¿noœci czêstotliwoœci próbkowania SR od czasu obserwacji dla oscyloskopu o
maksymalnej rzeczywistej czêstotliwoœci próbkowania równej RTSR i wielkoœci rekordu równej M.
W tablicy 1 przedstawiono wyliczenie czêstotliwoœci próbkowania dla ró¿nych ustawieñ podstawy czasu i trzech wielkoœci rekordu pamiêci M: 1000, 4000 i 10 000 dla oscyloskopów o maksymalnej rzeczywistej czêstotliwoœci próbkowania
RTSR=100Ms/s.
Przyjêto, ¿e oscyloskop ma w kierunku poziomym 10 dzia³ek, w zwi¹zku z czym: czas obserwacji = podstawa czasu ×
10 dz.
Jak okreœliæ parametr M (wielkoœæ rekordu pamiêci) niezbêdny dla naszych potrzeb? Najproœciej wyliczyæ wartoœæ M
ze wzoru:
M = RTSR × t
gdzie: t oznacza czas obserwacji.
RTSR ju¿ okreœliliœmy, musimy okreœliæ jeszcze czas t.
Jaki czas obserwacji przebiegu jest dla nas istotny? Wynika on z czêstotliwoœci przebiegów, które chcemy obserwowaæ
z najwiêksz¹ dok³adnoœci¹. Je¿eli bêdziemy chcieli np. ogl¹daæ z maksymaln¹ czêstotliwoœci¹ próbkowania jedn¹ liniê
sygna³u telewizyjnego o czêstotliwoœci 15.625kHz, to okres
tego przebiegu wynosi 64µs. Dla czasu obserwacji 64µs powinniœmy ustawiæ podstawê czasu na min. 5µs/dz (daje to czas
obserwacji 50µs na oscyloskopie z 10 dzia³kami w kierunku
poziomym).
Je¿eli wyliczyliœmy, ¿e nasz oscyloskop powinien mieæ
RTSR = 100Msa/s, to rekord pamiêci M dla czasu obserwacji
50µs (5µs/dz) powinien pomieœciæ:
M = 100Msa/s × 50µs = 5000 próbek
SR=M/t
To=M/RTSR
t
tmaks.
Czas obserwacji
(= podstawa czasu × liczba dzia³ek)
Rys.1. Zale¿noœæ czêstotliwoœci próbkowania SR od czasu obserwacji.
SERWIS ELEKTRONIKI
Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
Tablica 1. Czêstotliwoœci próbkowania przy
ró¿nych czasach obserwacji i
wielkoœciach rekordu pamiêci
Rekord
pamiêci
4000 próbek
Rekord
pamiêci
10 000 próbek
20ksa/s
80ks/s
200ksa/s
50ksa/s
100ksa/s
200ksa/s
400ksa/s
500ksa/s
1Msa/s
500µs/dz
200µs/dz
100µs/dz
50µs/dz
20µs/dz
10µs/dz
5µs/dz
200ksa/s
500ksa/s
1Msa/s
2Msa/s
5Msa/s
10Msa/s
20Msa/s
800ksa/s
2Msa/s
4Msa/s
8Msa/s
10Msa/s
40Msa/s
80Msa/s
2Msa/s
5Msa/s
10Msa/s
20Msa/s
50Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
2µs/dz
1µs/dz
500ns/dz
200ns/dz
100ns/dz
50Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
100Msa/s
Podstawa
czasu
Rekord
pamiêci
1000 próbek
5ms/dz
2ms/dz
1ms/dz
Powy¿ej czasu To oscyloskop mo¿e zebraæ maksymaln¹
iloœæ próbek ograniczon¹ wielkoœci¹ rekordu pamiêci, poni¿ej
tego czasu iloœæ próbek jest proporcjonalna do czasu obserwacji.
Okreœlaj¹c wielkoœæ rekordu pamiêci nale¿y pamiêtaæ o tym,
¿e im d³u¿szy rekord, tym dok³adniejsze bêd¹ pomiary, ale jednoczeœnie nasz oscyloskop bêdzie potrzebowa³ wiêcej czasu
na zebranie próbek, a zatem wolniejsze bêdzie wyœwietlanie
danych.
Podsumowanie:
Je¿eli chcemy wykonywaæ dok³adne pomiary dla du¿ych
podstaw czasu – obserwowaæ wolne przebiegi, to potrzebny
jest oscyloskop o du¿ym rekordzie pamiêci.
Je¿eli chcemy wykonywaæ pomiary dok³adne dla ma³ych
podstaw czasu – obserwujemy szybkie przebiegi, to potrzebny
jest oscyloskop z du¿ym RTSR.
Je¿eli chcemy zaobserwowaæ przebiegi jednorazowe – to
potrzebny jest du¿y RTSR i du¿y rekord pamiêci.
W tablicy 2 przedstawiono przyk³ady wyliczenia parametrów oscyloskopu cyfrowego dla kilku ró¿nych maksymalnych
czêstotliwoœci sygna³u mierzonego. Wyliczenia dotycz¹ parametrów na jeden kana³.
Tryb akwizycji. Pojemnoœæ rekordu pamiêci oscyloskopu
Je¿eli chcielibyœmy ogl¹daæ 10 linii sygna³u z maksymalcyfrowego jest sta³a. Im wiêksza jest ustawiona podstawa czan¹ czêstotliwoœci¹ próbkowania, to czas obserwacji wynosi
su, tym d³u¿szy jest czas rejestracji próbek i czêstotliwoœæ próbwówczas 640µs. Powinniœmy ustawiæ podstawê czasu na 50µs/
kowania (por. tablica 1 i rys.1.). Ze wzglêdu na ograniczon¹
dz, a wymagana wielkoœæ rekordu pamiêci powinna byæ rówd³ugoœæ rekordu pamiêci nie wszystkie próbki zostan¹ zapisana:
ne w pamiêci. O tym co siê stanie z nadmiarowymi próbkami
M = 100Msa/s × 500µs = 50 000 próbek.
decyduje tryb pracy uk³adu akwizycji oscyloskopu cyfroweIm wiêkszy bêdzie rekord pamiêci, tym dok³adniejszy bêgo. Najczêœciej stosowane tryby akwizycji to:
dzie nasz oscyloskop i tym wiêcej szczegó³ów bêdzie mo¿na
obejrzeæ.
Ile próbek przebiegu bêdzie rejestrowanych przy najIloœæ próbek n
mniejszych podstawach czasu na oscyloskopie o czêstotliwoœci próbkowania 100Msa/s?
Oczywiœcie mo¿na to wyliczyæ. Je¿eli najmniejsza podstawa czasu oscyloskopu wynosi 10ns, to czas obserwacji
bêdzie równy 100ns (10ns × 10 dzia³ek). W tym czasie
M
oscyloskop, którego RTSR wynosi 100Msa/s zapisze:
100Msa/s × 100ns = 10 próbek.
Je¿eli RTSR wynosi 400Msa/s, to w tym samym czasie oscyloskop zbierze 40 próbek, przy RTSR 1Gs/s iloœæ
n=RTSR × t
próbek dla czasu obserwacji 100ns wniesie 100 próbek.
Zale¿noœæ iloœci próbek od czasu obserwacji dla oscyloskopu o maksymalnej wielkoœci rekordu pamiêci równej M i maksymalnej czêstotliwoœci próbkowania równej
RTSR przedstawiono na rysunku 2.
Widaæ, ¿e za³amanie charakterystyki zarówno czêstotmin.
To=M/RTSR
t
tliwoœci próbkowania z rys.1, jak i charakterystyki iloœci
Czas obserwacji
próbek z rys.2 nastêpuje w punkcie To:
(= podstawa czasu × liczba dzia³ek)
To = M / RTSR.
Rys.2. Zale¿noœæ iloœci próbek od czasu obserwacji
Tablica 2. Przyk³ady wyznaczania parametrów charakterystycznych oscyloskopu cyfrowego
Maksymalna czêstotliwoœæ mierzonego sygna³u fmaks.
Pasmo oscyloskopu B = 5 × fmaks.
1MHz
5MHz
Minimalna czêstotliwoœæ próbkowania RTSR = 4 × B
Zak³adany czas obserwacji t dla wyliczenia wielkoœci rekordu pamiêci
Wielkoœæ rekordu pamiêci M = t × RTSR
20Msa/s
1ms
20k
SERWIS ELEKTRONIKI
5MHz
25MHz
10MHz
50MHz
20MHz
100MHz
100Msa/s 200Msa/s 400Msa/s
1ms
1ms
1ms
100k
200k
400k
50MHz
250MHz
100MHz
500MHz
1Gsa/s
1ms
1M
2Gsa/s
1ms
2M
Oscyloskopy analogowe, cyfrowe i karty oscyloskopowe
Tablica 3. Najwa¿niejsze parametry wybranych oscyloskopów cyfrowych
Typ
Rigol DS1022
Rigol DS5062
Agilent DSO3062
Tektronix TDS3012B
Pasmo analogowe
25MHz
60MHz
60MHz
100MHz
Rzeczywista prêdkoœæ
próbkowania RTSR
1Gsa/s
500Msa/s kana³
2
4k / kana³
1Gsa/s
500Msa/s kana³
2
4k / kana³
1.25Gsa/s kana³
RozdzielczoϾ pionowa
Akwizycja
400Msa/s
200Msa/s /kana³
2
1M / 2 kana³y
512k / kana³
8 bitów
-uœrednianie
8 bitów
-normalna,
-uœrednianie,
-wychwytywanie wartoœci
maksymalnych
8 bitów
-normalna,
-uœrednianie,
-wychwytywanie wartoœci
maksymalnych
9 bitów
-normalna,
-uœrednianie,
-wychwytywanie wartoœci
maksymalnych
-obwiedni
-WaveAlert
-Single Sequence
Ekran
Cena brutto
LCD kolor
ok. 1800 PLN
LCD mono
ok. 2400 PLN
LCD color
ok. 1200 USD
LCD kolor
ok. 2000 USD
Liczba kana³ów
Rekord pamiêci M
2
10k
Tablica 4. Najwa¿niejsze parametry wybranych kart oscyloskopowych
Typ
Pasmo analogowe
Rzeczywista prêdkoœæ
próbkowania
Liczba kana³ów
Rekord zapisu
RozdzielczoϾ pionowa
Port
Cena brutto
Pico Scope 2205
25MHz
200Msa/s
100Msa/kana³
2
16k
8k/ ka¿dy kana³
8 bitów
USB
ok. 600 USD
Pico Scope 3024
50MHz
50Msa/s
25Msa/s /kana³
2
256k
128k / kana³
8 bitów
USB
ok. 780 USD
· próbkowanie “Normal”,
· detekcja wartoœci szczytowych “Peak Detect”,
· uœrednianie “Average”.
Lepsze oscyloskopy cyfrowe pozwalaj¹ na wybór trybu
akwizycji. Oscyloskopy popularne z regu³y maj¹ ustalony tryb
akwizycji – jest to uœrednianie. U¿ytkownik mo¿e wybraæ iloœæ
okresów wykorzystanych do uœredniania.
Rozdzielczoœæ oscyloskopu. Wiêkszoœæ oscyloskopów
cyfrowych wykorzystuje przetworniki 8 bitowe. Przetwornik
taki dzieli sygna³ na 256 poziomów. Dok³adnoœæ pomiaru przy
przetwarzaniu 8 bitowym jest rzêdu 3% ÷ 5%.
Poziomy sygna³ów wejœciowych. Typowo poziomy sygna³ów wejœciowych mieszcz¹ siê w granicach 2mV/dz ÷ 5V/dz.
Pomiary wy¿szych napiêæ musz¹ byæ wykonywane za pomoc¹ odpowiedniej sondy 1:10, 1:100 w zale¿noœci od amplitudy
sygna³u wejœciowego.
Tryby wyzwalania. Oscyloskopy cyfrowe wyposa¿ono w
wiele trybów wyzwalania: wyzwalanie zboczem, impulsem,
impulsem zak³ócaj¹cym, naprzemienne, sygna³em telewizyjnym, szerokoœci¹ impulsu, wzorcem logicznym.
Pomiary. Oscyloskopy cyfrowe oferuj¹ bardzo szeroki zakres pomiarów dokonywanych na mierzonych sygna³ach. Pomiary wykonywane mog¹ byæ:
· rêcznie i wówczas mierzone s¹ ró¿nice napiêæ pomiêdzy
kursorami i ró¿nice czasu pomiêdzy kursorami (lub odwrotnoœæ czasu w Hz),
· automatycznie.
Bit Scope 100
100MHz
40Msa/s /kana³
2
128k
64k / kana³
8 bitów
USB izolowany
ok. 550 USD
ADS220
Velleman
PCSU 1000
60MHz
200Msa/s
100Msa/s kana³
2
2k / kana³
60MHz
50Msa/s kana³
8 bitów
USB, LPT
ok. 1727 PLN
8 bitów
USB
ok. 1700 PLN
2
4096 / kana³
Pomiary automatyczne obejmuj¹ zwykle pomiar wartoœci
szczytowej, œredniej, rms, amplitudy przerzutów, czêstotliwoœci, czasów narastania i opadania sygna³u, wspó³czynnika wype³nienia, opóŸnienia, analizê FFT sygna³u.
Przegl¹d danych kilku wybranych oscyloskopów cyfrowych. W tablicy 3 przedstawiono najwa¿niejsze parametry
kilku wybranych oscyloskopów cyfrowych.
Karty oscyloskopowe
Na rynku sprzêtu pomiarowego pojawia siê coraz wiêcej
kart oscyloskopowych pod³¹czanych do komputera poprzez
z³¹cze USB lub LPT z oprogramowaniem komputerowym realizuj¹cym wszystkie funkcje oscyloskopu.
Wiele z tych kart zawiera jedynie przetwornik analogowocyfrowy, trudno wiêc porównywaæ je z oscyloskopem cyfrowym.
Coraz wiêcej jest kart oscyloskopowych wyposa¿onych w
obwody i wzmacniacze wejœciowe oraz uk³ady wyzwalania sterowane z komputera. Takie przystawki stanowi¹ alternatywê
dla oscyloskopów cyfrowych.
Poszukuj¹c przystawki oscyloskopowej powinniœmy wybraæ tak¹, która oferuje parametry zbli¿one do parametrów
oscyloskopu cyfrowego.
W tablicy 4 przedstawiono najwa¿niejsze parametry kilku
wybranych kart oscyloskopowych.
}
SERWIS ELEKTRONIKI