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

Осциллограф: работа и методика измерений". Часть 5.

Часть 4 >>

 

 

Типы режимов захвата

Режим выборки: Это простейший режим захвата. Осциллограф создаёт точку формы сигнала через сохранение каждой точки выборки в течение каждого интервала формы сигнала.


Режим обнаружения пика: Осциллограф сохраняет минимальное и максимальное значение точек выборки, взятых в течение двух интервалов формы сигнала, при этом использует эти точки выборки как две соответствующие точки формы сигнала. Цифровые осциллографы с режимом обнаружения пика активируют ADC на режим быстрой частоты выборки даже при установке минимальной временной базы (установка минимальной временной базы адекватна длинным интервалам формы волны) и при этом осциллографы обретают способность захватывать быстрые изменения в сигналах, которые могут иметь место между участками этих сигналов, как это представлено на рис. 23.

 

 

Режим обнаружения пика особенно полезен для анализа очень узких импульсов, располагающих очень далеко по времени друг от друга, как это представлено на рис. 24.


Режим высокого разрешения: также как и режим обнаружения пика, этот режим является способом получения большей информации в случаях, когда   ADC осуществляет выборку чаще, чем того требуют установки временной базы. В этом случае множественные выборки, взятые в рамках интервала одной формы сигнала, усредняются для получения одной результирующей точки формы сигнала. В итоге получаем понижение шума и существенное улучшение в разрешении данных о низкоскоростных сигналах. Преимуществом режима высокого разрешения через усреднение является то, что этот режим может быть задействован даже для тестирования однократных событий.


Режим конверта: Этот режим схож с режимом обнаружения пика. Однако, в режиме конверта мин и макс точки формы сигнала от различных режимов захвата комбинируются для формирования такой формы сигнала, которая бы демонстрировала накопление мин и макс значений во времени. Режим обнаружения пика обычно используется для регистрации данных, формирующих конвертную форму сигнала.


Режим усреднения: В этом режиме прибор сохраняет к.-л. точку выборки в течение каждого интервала формы сигнала, точно также как и в режиме выборки. Однако, точки формы сигнала, полученные как результат последовательного захвата, затем усредняются для формирования окончательной результирующей волны. Режим усреднения снижает шумы без потери в полосе пропускания, но требует наличия повторяющегося сигнала.


Режим базы данных формы волны: В этом режиме аккумулирует базы данных формы волны, которые предоставляют трёх размерную шкалу осей для показателей амплитуды, времени и числовых значений.

 


Запуск и остановка системы захвата

Одним из очевидных преимуществ цифровых осциллографов является их способность сохранять формы сигналов для последующего анализа. Для этого на фронтальной панели осциллографа обычно присутствуют одна или более клавиш, которые позволяют пользователю запускать или останавливать систему захвата, таким образом, имеется возможность анализировать формы сигналов в любое удобное для пользователя время. Кроме того, вы можете настроить осциллограф на автоматическую остановку захвата данных после того, как один цикл захвата уже свершился или же после определённого комплекта регистраций, после которых прибор переключился на режимы конверта или усреднения. Эта функция обычно называется однократной развёрткой или однократной последовательностью и органы управления этой функцией обычно присутствуют с иными органами управления захватом или с управлением триггером.


 

Дискретизация

Дискретизация это процесс преобразования части входного сигнала в определённое количество дискретных электрических значений в целях их хранения, обработки и/или отображения на экране. Величина каждой точки выборки эквивалентна амплитуде входного сигнала в мгновенное время, когда сигнал дискретизируется.

Дискретизация - это как делать фотоснимки. Каждый фотоснимок соответствует специфической временной точке на форме сигнала. Полученные фотоснимки затем могут быть выстроены в определённом порядке во времени, тем самым, воспроизводя входной сигнал.

В цифровом осциллографе ряд точек выборки с уже измеренной амплитудой восстанавливается на дисплее по вертикальной оси и согласно временным показателям по горизонтальной оси, как это представлено на рис. 25.

Входной сигнал на рис. 25 представлен как последовательность точек на экране. Если точки широко отстоят друг от друга и их тяжело трактовать как то, что это есть входной сигнал, то точки могут быть соединены друг с другом через процедуру интерполяции. Интерполяция соединяет точки линиями или векторами. Существует множество методик интерполяции, которые могут быть задействованы для продуцирования и точного представления непрерывного входного сигнала. 
 


Органы управления дискретизацией

Некоторые цифровые осциллографы предоставляют пользователю возможность определиться в методах дискретизации – либо дискретизация в реальном времени, либо эквивалентная во времени. Органы управления захватом, присутствующие на таких осциллографах, позволят вам выбрать необходимую методику выборки для захвата сигнала. Надо учитывать, что этот выбор не на что не влияет при установках минимальной временной базы и имеет только тогда значение, когда АЦП не способен достаточно быстро осуществлять дискретизацию для заполнения точками выборки всего цикла регистрации данных за одну развёртку. Каждый метод дискретизации обладает определёнными преимуществами, в зависимости от типа проводимых в настоящий момент измерений.

Органы управления устанавливаются на современных осциллографах в целях предоставления пользователю возможностей выбора трех режимов работы временной базы по горизонтальной оси. Если вы просто проводите исследование сигнала и хотите установить взаимодействие с живым сигналом, то необходимо задействовать предварительную настройку «Автоматическая» или «Интерактивная», что обеспечивает наилучшее обновление информации на дисплее. Если же вам требуются высокоточные измерения и наивысшая частота выборки в реальном времени, то  режим «Постоянная Частота Выборки» для этого подходит более всего. Таким образом, вы будете иметь наивысшую частоту выборки с наилучшим разрешением в реальном времени. Последний режим работы называется «Ручной», поскольку он обеспечивает непосредственное и независимое управление частотой выборки и длиной записи.

 

Методика выборки в реальном времени

Выборка в реальном времени идеальна для сигналов, чей частотный диапазон составляет менее половины значения максимальной частоты выборки осциллографа. В данном случае осциллограф становится способным захватывать более чем достаточно точек за одну развёртку формы сигнала для конструирования точной картинки происходящего, как это представлено на рис. 26. Выборка в реальном времени – единственная возможность для захвата быстрых, однократных промежуточных сигналов.  


 

Выборка в реальном времени представляет собой огромный вызов для цифровых осциллографов из-за значения частоты этой выборки, необходимой для точной оцифровки высокочастотных переходных событий, как это представлено на рис. 27. Эти события случаются только один раз и должны быть схвачены точно в то самое время, как они имеют место быть. 

Если частота выборки недостаточно быстра, то высокочастотные компоненты могут «сложиться» в низкую частоту, что вызывает наложение спектров на дисплее, как это видно на рис. 28. Кроме того, выборка в реальном времени в дальнейшем усложняется тем, что требуется наличие высокоскоростной памяти для хранения форм сигналов, коль скоро эти сигналы оцифрованы. Этот вопрос более подробно рассмотрен в разделах Частота Выборки и Длина Записи глав Условия Работы и Дополнительные Сведения, где детально описываются условия, необходимые для качественного анализа высокочастотных переходных событий.

 


 

Выборка в реальном времени с интерполяцией 

Цифровые осциллографы регистрируют дискретные выборки сигнала, который затем должен быть отображён на экране осциллографа. Однако может возникнуть сложность в визуализации сигнала, представленного в виде точек, особенно когда имеются всего только несколько точек, представляющих высокочастотные участки сигнала. На этот случай у дисплеев цифровых осциллографов присутствуют режимы интерполяции.В простых терминах интерполяция представляет собой «соединение точек», таким образом, что сигнал, который был оцифрован всего несколько раз в каждом цикле, может быть в точности восстановлен. Задействуя режим выборки в реальном времени с интерполяцией, осциллограф «собирает» за один проход всего несколько точек выборки исследуемого сигнала в реальном времени, при этом применяет интерполяцию для заполнения пустых промежутков на графике. Интерполяция представляет собой специфическую технологию обработки, используемую для получения ясного представления о том, как выглядит форма сигнала на основе полученных всего нескольких точек выборки этого сигнала.


 

    
    

Линейная интерполяция соединяет точки выборки прямыми линиями. Такой подход ограничен лишь возможностями восстановления прямых участков сигнала, как это показано на рис. 29, что больше подходит для волн прямоугольной формы.

Более разносторонняя интерполяция sin x/x соединяет точки выборки кривыми линиями (см. рис. 29). Интерполяция Sin x/x представляет собой математический процесс, при котором происходит расчёт положений точек для заполнения временных промежутков между реальными точками выборки. Такая технология интерполяции соотносится с искривлёнными и непериодическими формами сигналов, которые наиболее часто встречаются в реальном мире электроники, чем чисто квадратичные формы или импульсы. Следовательно, интерполяция sin x/x является предпочтительной методикой в применениях, где частота выборки от 3 до 5 раз превышает пропускную способность осциллографа.

 

Эквивалентная во времени методика выборки

При измерениях высокочастотных сигналов осциллограф может оказаться неспособным собрать достаточное количество точек выборки за одну развёртку. В этом случае методика эквивалентной во времени выборки может быть задействована для захвата сигналов, чья частота превышает половину значения частоты выборки осциллографа, как это представлено на рис. 30.

 

 


 

Эквивалентная во времени методология оцифровки использует  преимущество того, что по факту большинство событий, имеющих естественное или искусственное происхождение, по природе своей повторяющиеся. Эквивалентная во времени выборка конструирует картинку повторяющегося сигнала через захват совсем небольшого количества информации при каждом повторении такого события. Форма сигнала неторопливо строится по подобию строк света высвечивающихся одна за одной. Такая методика позволяет осциллографу с высокой точностью захватывать сигналы, чьи частотные компоненты значительно выше, чем частота выборки самого осциллографа. 

Существует два типа эквивалентных во времени выборок: произвольный тип и последовательный. У каждого свои преимущества. Произвольная эквивалентная во времени выборка позволяет отображать на экране сигнал до отсчёта точки синхронизации, без задействования линии задержки.

Последовательная эквивалентная во времени выборка обеспечивает значительно большее временное разрешение и точность. В обоих случаях необходимо, чтобы сигнал был повторяющийся.