Насколько важна характеристика вертикального разрешения у осциллографа?
При рассмотрении осциллографических функций
многофункционального прибора или при сравнении двух настольных осциллографов мы
в первую очередь обращаем внимание на полосу пропускания и частоту
дискретизации. Хотя эти характеристики невероятно важны, зачастую
проектирование выполняется в рамках возможностей большинства устройств, и более
важной характеристикой, на которую следует обратить внимание, является
разрешение. Знаете ли вы что, хотя большинство популярных осциллографов имеют
разрядность 8 бит, высокое разрешение становится всё более важным (и доступным)
параметром?
Поскольку обычно
приходится выбирать между частотой дискретизации и разрешением как функцией АЦП
и ЦАП, часто возникает вопрос: почему отдаётся приоритет высокому разрешению
осциллографа?
Целостность сигнала и шумоподавление в осциллографах
Целостность сигнала и шумоподавление невероятно важны
в чувствительных схемах, а разрешение играет огромную роль в обеспечении того,
что наблюдаемые сигналы исходят именно от исследуемой схемы, а не являются
артефактом используемого прибора. Это особенно важно при регистрации больших
сигналов и поиске сигналов компонентов меньшей мощности, которые могут
негативно повлиять на конечное использование схемы. Например, при 8-битном
разрешении можно обнаружить лишь отклонения около 19,53 мВ для сигнала 5 В., в то
время как 14-битный осциллограф способен обнаруживать гораздо меньшие
отклонения, порядка 300 мкВ, для того же сигнала 5 В, что значительно упрощает
обнаружение и устранение проблем в чувствительных схемах.
Разница в разрешении в этом примере
сигнала наиболее заметна при сравнении графика гистерезиса в центре снимка
экрана выше и ниже.
В нашей работе по разработке испытательного и
измерительного оборудования и плат разработки ПЛИС высокое разрешение часто
может играть решающую роль. Вот несколько примеров:
• При проверке источников питания на платах ПЛИС
крайне важно выявлять и иметь возможность отслеживать пульсации, переходные
процессы в нагрузке и частотную характеристику контура. Это касается слабых
сигналов в естественно шумной среде, где требования очень строгие, и где
высокое разрешение является обязательным.
• Что касается тестирования и измерений, частью
проверки продукции с помощью осциллографов является оценка перекрёстных помех
между каналами и обеспечение их отсутствия или пренебрежимо малого значения, это
чтобы измерения сигналов на каждом канале не влияли друг на друга. Поскольку
разрешение ограничивает уровень шума, без высокого разрешения мы не смогли бы
увидеть даже самые незначительные компоненты перекрёстных помех при анализе
спектра сигнала. Чтобы гарантировать, что приборы не вносят шум и не искажают
сигналы, необходимо выявить и устранить потенциальные проблемы с перекрёстными
помехами.
Разрешение также
играет роль в более сложных тестах, таких как обеспечение точного цифрового
запуска, обнаружение кроссовера и временная стабилизация сигналов.
Когда частота
дискретизации важнее разрешения?
Хотя разрешение критически важно во многих приложениях, существуют ситуации, когда более высокая полоса пропускания и частота дискретизации важнее разрешения. В ряде разработок это включает в себя анализ переходных процессов цифровых сигналов и измерение диаграмм Боде широкополосных схем. Тем не менее, существует множество случаев, когда важны оба параметра, и программное обеспечение с улучшенным разрешением может помочь, например, при оценке спектра сигнала и измерении таких параметров, как THD, SNR и SFDR. В идеальном мире мы хотели бы иметь устройства с высоким разрешением, широкой полосой пропускания и высокой частотой дискретизации, сохраняя при этом низкую цену.
Возможности сравнения разрешения, улучшенного с
помощью программного обеспечения
Учитывая важность разрешения и распространённость соответствующих
программных инструментов, ПО с
улучшенным разрешением становится всё более распространённым, но можно ли на
него полагаться так же, как на аппаратное разрешение? Ответ: всё зависит от
обстоятельств.
Гистограмма наглядно
демонстрирует разницу, которую могут дать дополнительные два бита разрешения.
Программное улучшение разрешения предполагает
усреднение сигналов определёнными способами для получения дополнительных бит
разрешения. Это позволяет временно снизить частоту дискретизации, поскольку её
можно включить или отключить программно в зависимости от ситуации. Например, ADP3450 от Digilent имеет 14-битное разрешение, которое
может быть программно улучшено до 16-бит. Однако, хотя программное улучшение
разрешения (с помощью схем фильтрации или интерполяции) может помочь сгладить
сигнал, создавая впечатление более высокого разрешения и более низкого уровня
шума, оно не позволяет отличить сигнал от шума и может маскировать небольшие
сигналы, представляющие интерес. Поэтому в случаях, когда разрешение критически
важно, аппаратное улучшение разрешения должно быть приоритетнее программного.
Магазин Gtest® - авторизованный поставщик осциллографов в Украину:
https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy
Поставки со склада и
под заказ:
GW Instek, RIGOL, SIGLENT, OWON, Tektronix, Iwatsu, LeCroy, HANTEK
