097-888-02-66
095-888-02-66

Осциллограф: работа и методика измерений". Часть 3.

"Основы осциллографов. Принципы работы и методики измерений". Часть 3. 

ЧАСТЬ 2  >>> 

 

Некоторые подсистемы в составе DSOs схожи с теми же, что присутствуют в аналоговых осциллографах. Однако, DSOs имеют дополнительные подсистемы обработки данных, задействуемые для их сбора и отображения всей формы сигнала. Осциллограф DSO построен на архитектуре последовательной обработке данных для захвата и отображения сигнала на экране, как это представлено на рис. 12. Описание такой архитектуры приводится ниже.

Архитектура последовательной обработки данных

Как и у аналогового осциллографа, первым входом у DSO является усилитель по вертикали. Органы управления по вертикали позволяют на этом этапе регулировать амплитуду и устанавливать диапазон. Следующим выступает аналого-цифровой преобразователь (ADC), который как функция горизонтальной системы прибора разбивает сигналы на дискретные точки во времени и конвертирует значения напряжения в этих точках уже в цифровые значения, которые называются точками выборки. Это процесс оцифровки сигнала.

Блок синхронизации выборки горизонтальной системы определяет, как часто ADC осуществляет выборку. Это процесс называется частотой выборки и рассчитывается в выборках в секунду (S/s). Точки выборки от ADC сохраняются в памяти Сбора Данных Прибора в виде точек форм сигнала. Несколько точек выборки могут составить одну точку формы сигнала. Взятые все вместе, точки формы сигнала образуют одну запись сигнала. Количество точек формы сигнала, используемые для создания одной записи (регистрации) сигнала, называется длиной записи. Система синхронизации (триггер) определяет точки запуска и точки остановки длины записи.

Путь сигнала в DSO пролегает через микропроцессор, через который проходит измеряемый сигнал до дисплея прибора. Это микропроцессор обрабатывает сигнал, координирует активность дисплея, управляет органами контроля на фронтальной панели и многое другое.  Затем сигнал проходит через дисплей памяти и отображается на экране осциллографа. 

 


В зависимости от функциональности вашего осциллографа, может иметь место дополнительная обработка точек выборки, что повышает качество воспроизводимой на дисплее информации. Может также присутствовать предварительная синхронизация, что даёт возможность просматривать события до точки отсчёта  синхронизации. Большинство современных цифровых осциллографов также предоставляют выбор параметров автоматических измерений, что упрощает весь процесс измерений.

Как это показано на рис. 13, DSO является высокопроизводительным, с режимом однократного захвата многоканальным электронным инструментом. DSO идеальны для применений и разработок, где имеют место повторяющиеся с низкой скоростью или однократные, высокоскоростные по множеству каналов события. В реальном мире цифровых разработок инженеры одновременно анализируют четыре или более сигналов, что делает DSO их важнейшим рабочим «компаньоном».
 
  


 
Цифровые Люминесцентные Осциллографы

Цифровой Люминесцентный Осциллограф (DPO) выделяется своей новой внутренней архитектурой.    Эта архитектура предоставляет возможности DPO для уникального захвата и воспроизведения восстановленного сигнала с высокой точностью.

В то время как DSO задействует архитектуру последовательной обработки сигналов для их захвата, отображения и анализа, то DPO обладает параллельной архитектурой для реализации тех же функций, как это представлено на рис 14. Архитектура DPO имеет уникальное аппаратное обеспечение на специализированных интегральных схемах (ASIC) для захвата картинок форм сигналов с высокой скоростью, что обеспечивает высочайший уровень их визуализации. Такая функциональность повышает вероятность захвата различного рода переходных событий, имеющих место в цифровых схемах, как то пульсирующие импульсы, сбои и ошибки перехода, что расширяет возможности для анализа. Описание такой архитектуры параллельной обработки данных приводится ниже.

 

Архитектура параллельной обработки

Первый (входной) этап DPO схож с тем, что и у аналогового осциллографа – усилитель по вертикали, а второй этап схож с тем, что у DSO – это ADC. Но DPO значительно отличается от своих предшественников, сразу запускающих аналогово-цифровое преобразование.

Для любого осциллографа – аналогового, DSO или DPO – всегда присутствует время удержания, в течение которого прибор обрабатывает только что захваченные данные, перезапускает систему и ожидает запуска следующего цикла синхронизации. В течение этого времени осциллограф остаётся «слепым» в отношении любых имеющих место сигналов. Вероятность узреть редко повторяющиеся события снижается по мере того, как время удержания увеличивается.
 

Необходимо отметить, что неправильно высчитывать вероятность захвата того или иного события из х-к скорости обновления информации на дисплее. Если полагаться только на эту х-ку, то легко ошибиться, считая, что осциллограф захватывает всю существенную информацию о форме сигнала, в то время как фактически этого не происходит.

Цифровой запоминающий осциллограф обрабатывает захваченные формы сигналов в последовательном режиме. Скорость его микропроцессора представляет собой бутылочное горлышко в этом процессе, поскольку ограничивает частоту захвата данных. Осциллографы DPO преобразовывают в растровый формат данные оцифрованных форм сигналов в цифровую люминесцентную базу данных. Каждую 1/30- ую секунды – примерно так быстро, как человеческий глаз может воспринимать это – снимок образа сигнала, что сохраняется в базе данных, поступает непосредственно на систему дисплея. Этот процесс прямого преобразования в растровый формат данных о форме сигнала и сразу же непосредственное копирование в память дисплея из базы данных устраняет такой недостаток как «бутылочное горлышко» в обработке данных, что присуще для любых иных архитектур. Получаемый результат – обновление образов на экране в реальном времени и возможность узреть «живой» сигнал. Детали сигналов, промежуточные события и их динамические характеристики захватываются в реальном времени. Микропроцессор осциллографа DPO работает параллельно с интегрированной системой захвата для управления выводом на экран изображений, автоматическими измерениями и органами управления прибора, таким образом, что отсутствует какое-либо воздействие на скорость захвата данных. 

Осциллограф DPO в точности моделирует наилучшие функции воспроизведения сигналов, присущие аналоговым осциллографом, которые отражают сигнал в трёх измерениях: время, амплитуда и распределение амплитуды во времени – и всё это в реальном времени.
 


В отличие от аналогового осциллографа, который полагается на химический фосфор, DPO задействует чисто электронный цифровой фосфор, что, по сути представляет собой постоянно обновляемую базу данных. Эта база данных обладает отдельной «ячейкой» информации для каждого отдельно взятого пикселя на дисплее осциллографа. Каждый раз, как только захватывается форма сигнала – иными словами, каждый раз, как только  срабатывает пусковая схема осциллографа, то это событие регистрируется в базе данных люминофора прибора.
Каждая ячейка, на определённом месте располагающаяся на экране, которую «затронула» форма сигнала, усиливается через информацию об интенсивности, в то время как в других ячейках ничего не происходит. Таким образом, информация об интенсивности формируется в тех ячейках, через которые данные о сигнале проходят наиболее часто.
 

Когда цифровая база данных фосфора поступает на дисплей осциллографа, то дисплей раскрывает интенсивные области осциллограмм пропорционально частоте появления сигнала в каждой точке, что очень похоже на градацию по интенсивности, характерную для аналогового осциллографа. DPO также позволяет отражать на экране варьирующуюся частоту появления событий в качестве контрастных цветов, что отсутствует у аналогового осциллографа. При помощи DPO становится просто увидеть различие между формой сигнала, подпадающей под почти каждый запуск пусковой схемы и той, что имеет место, скажем при каждом 100-ом триггере. 

Цифровые Люминесцентные Осциллографы (DPOs) разрушили барьеры между технологиями аналоговых и цифровых осциллографов. DPO одинаково пригодны для просмотра высоких и низких частот, повторяющихся сигналов, переходных процессов и изменений сигналов в реальном времени. Только DPO обладают осью Z (интенсивность) в реальном времени, что отсутствует у обычных цифровых запоминающих осциллографов.

Осциллограф DPO идеален для тех, кто нуждается в наилучшем инструментарии общего назначения и отладки во множестве областей применений, как это представлено на рис. 15. DPO – наилучший прибор для осуществления сложных анализов, тестирования по коммуникационным маскам, отладки цифровых схем от паразитных сигналов, анализа повторяющихся цифровых сигналов и применений в областях синхронизации.
 

Осциллографы Комбинированных Доменов

Осциллограф смешанных сигналов (MDO) сочетает в себе РЧ анализатор спектра с MSO или DPO для предоставления взаимодействующих картинок сигналов, полученных из  цифрового, аналогового и РЧ доменов. Например, MDO позволяет просматривать картинки коррелированных во времени протоколов, состояния логических схем, аналоговые и РЧ сигналы в рамках конкретной разработки. Таким образом, появляется возможность значительно снизить время на анализы и измерения, при этом получить высокоточные результаты в ситуациях с перекрёстными доменами.

Понимание такого параметра как временная задержка между командой микропроцессора и РЧ событием в рамках РЧ схемы упрощает тестовые настройки и трансформирует процедуры сложных измерений в обычные процессы. Что касается встроенного радио, как то разработка Zigbee, показанная на рис. 16, то возможно настроить запуск пусковой схемы прибора на появления РЧ события и просматривать латентность командной строки микропроцессорного контроллера, декодированные командные строки SPI, токи стока и напряжения в процессе запуска РЧ события, а также все спектральные события как результат всего этого. На едином дисплее теперь представлены коррелированные во времени события на всех доменах радио: протокол (цифровой), аналог и РЧ.
 
Осциллографы смешанных сигналов

Осциллографы смешанных сигналов (MSO) комбинируют производительность DPO с базовыми функциями 16-канального логического анализатора, включая режимы параллельного и последовательного декодирования протоколов шины передачи данных и функцию захвата на события. Цифровые каналы MSO воспринимают цифровой сигнал как логический высокий либо как логический низкий, точно также как цифровая цепь воспринимает сигнал. Это означает, что аналоговые характеристики чего-либо не входят в сферу компетенции MSO. Точно также как и логический анализатор, MSO использует пороговое напряжение для определения того, что сигнал логически высокий или логически низкий.

MSO представляет собой инструмент для быстрой отладки цифровых цепей с помощью своей мощной функции цифровой синхронизации, высокой разрешающей способности на захват и функциям анализа. Корневые проблемы большинства проблем в цифровых разработках теперь можно быстро отыскать посредством анализа как аналоговых так и цифровых составляющих сигнала, как это представлено на рис. 17, что делает MSO идеальным прибором про проверки и отладки цифровых разработок.