Варіанти, коли блок оцифровки цілком прийнятний

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру Осцилографів та Аналізаторів Спектру на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Чи можна використовувати дигітайзер [кодуючий пристрій, що забезпечує введення двовимірного (в тому числі напівтонового) або тривимірного (3D дигітайзери) зображення в комп'ютер у вигляді растрової таблиці] як осцилограф? У чому різниця між осцилографом та дигітайзером? Що краще використовувати дигітайзер або осцилограф у конкретній програмі? Це цікаві питання, і найкращий спосіб почати відповідати на них — подивитися визначення осцилографа в словнику: «Електронний прилад, що використовується для вимірювання електричних напруг, що змінюються. Він відображає форми електричних коливань на екрані.

OWON xDS3202A: осцилограф з вертикальною роздільною здатністю 14bit, 2х200МГц, 40М точок – [характеристики приголомшливі (прим. автора)]

Дигітайзер разом з відповідним програмним забезпеченням може робити те саме. Він отримує форму хвилі електричної напруги та відображає її на екрані. Найбільша відмінність полягає в тому, що осцилограф зазвичай є автономним приладом з автономним дисплеєм. У той час як дигітайзер є системним компонентом, який отримує та зберігає форму хвилі електричної напруги та, за допомогою допоміжного програмного забезпечення, відображає ці дані на екрані 2-го пристрою.

Таким чином, відповідь така: так, дигітайзер можна використовувати як осцилограф. Але це порушує два інші питання:

1. Коли і навіщо використовувати дигітайзер замість осцилографа?

2. Які характеристики дигітайзера роблять його кандидатом заміну осцилографа?

У яких випадках слід використовувати дигітайзер замість осцилографа?

Перша відповідь на це питання полягає в тому, що дігітайзер може підтримувати більшу кількість вхідних каналів. Дігітайзер пропонують до 16 каналів на одній карті, і зазвичай кілька карт можуть бути пов'язані для створення систем з сотнею каналів. Це важлива перевага в порівнянні з осцилографами, які зазвичай обмежені менш ніж вісьмома каналами на прилад.

Рисунок 1: Цифрові перетворювачі Spectrum забезпечують до 16 каналів для однієї плати цифрового перетворювача або модуля LXI та до 256 каналів при підключенні до 16 плат/модулів.

Дігітайзер також пропонують кілька каналів з меншим форм-фактором. Порівняйте восьмиканальний дигітайзер із восьмиканальним осцилографом, і ви легко побачите різницю. Плата дигітайзера настільки мала, що її можна підключити безпосередньо у вільний слот PCIe у більшості сучасних ПК. Дигітайзери також пропонують значну перевагу в тому, що вони мають набагато менше енергоспоживання для тієї ж кількості каналів. Наступне міркування – вертикальна роздільна здатність. Осцилографи пропонують максимум від 8 до 12 біт дозволу (іноді до 14 біт, але цей параметр сильно впливає на вартість приладу), тоді як швидкі дігітайзер пропонують від 8 до 16 біт дозволу. Майте на увазі, що роздільна здатність залежить від смуги пропускання, тому ви повинні порівнювати прилади з однаковою смужкою пропускання.

Якщо вам потрібно перемістити дані з високою пропускною здатністю на ПК для обробки, то дигітайзер – найкращий вибір. Дигітайзери Spectrum M4i можуть передавати дані зі швидкістю до 3,4 ГБ/с по шині PCIe, тоді як автономні осцилографи зазвичай використовують набагато повільніші інтерфейси, такі як USB або LAN. Це робить дані з дигітайзера доступними набагато швидше, ніж з осцилографа. Тому дигітайзер, безумовно, є інструментом вибору, коли потрібна індивідуальна обробка сигналів та аналіз даних.

Інша проблема полягає в тому, що вам потрібно проводити виміри віддалено. Мережеві дигітайзери, такі як Spectrum digitizerNETBOX, пропонують управління LXI і передачі даних, так що дигітайзер може знаходитися на великій відстані від місця вимірювання. Це ідеально, якщо вам потрібно переглядати дані та керувати приладом з безпечної диспетчерської, вашого офісу або навіть з іншого місця в локальній мережі вашої компанії.

Дігітайзер – це системний компонент, який можна розширювати. Легко збільшити кількість каналів та конфігурацію системи дигітайзера. Замініть або додайте карти, і ви зможете змінити доступну смугу пропускання, частоту дискретизації та довжину запису. На відміну від цього, осцилограф це прилад з відносно фіксованою конфігурацією.

Порівняння переваг дигітайзера та осцилографа:

Які характеристики дігітайзер роблять його кандидатом на заміну осцилографа?

Існують сотні моделей та конфігурацій дигітайзерів, з яких можна вибирати. Після того, як ви розібралися з основними питаннями про кількість каналів та смугу пропускання, вам доведеться врахувати ще кілька речей при виборі дигітайзера для заміни осцилографа.

По-перше, зверніть увагу до частоту дискретизації. Вона фіксована чи пропонує вибір частот дискретизації? Осцилографи пропонують частоти дискретизації, що вибираються, щоб ви могли переглядати сигнали різної частоти. Дигітайзер, який замінює осцилограф, також має це робити. Загалом, частота дискретизації повинна бути в чотири-п'ять разів більша за смугу пропускання для точного оцифрування сигналів зі швидкими фронтами. Деякі дигітайзери пропонують тимчасову розгортку на основі фазового автопідстроювання частоти (PLL), яка програмується. Крім того, ви можете використовувати зовнішню синхронізацію або зовнішній опорний годинник, якщо хочете керувати або синхронізувати частоту дискретизації з іншим джерелом.

Пам'ять збору даних визначає найдовшу запис часу, яку ви можете отримати, не знижуючи частоту дискретизації. Дігітайзери Spectrum M4i, наприклад, пропонують до 4 Г/вибірок пам'яті в стандартній комплектації, що приблизно в чотири рази більше за максимальний обсяг пам'яті осцилографа високого класу. Насправді це означає, що дигитайзер може записувати довші форми сигналів без необхідності знижувати частоту дискретизації (і, отже, втрачати цінне тимчасове дозвіл).

Дигітайзери, які використовуються як осцилограф, також повинні мати гнучку конфігурацію вхідного інтерфейсу. Серія 14- та 16-бітних дигітайзерів M4i.44xx компанії Spectrum пропонує входи 50 Ом та 1 МОм у своєму буферизованому вході та високочастотний вхідний тракт 50 Ом з дуже високою цілісністю сигналу. Обидва вхідні тракти пропонують кілька вхідних діапазонів, як і осцилограф.

Осцилографи пропонують режими реального часу та сегментованого збору даних. Послідовний режим дозволяє сегментувати пам'ять збору даних, а для додатків, де необхідно збирати кілька подій, може скоротити мертвий час збору даних (час повторного включення між кожною подією).

Дігітайзер зазвичай пропонують кілька різних режимів збору даних. Деякі дігітайзери забезпечують режим кільцевого буфера (аналогічно збору даних в реальному часі осцилографа), режим FIFO або потокової передачі, багаторазовий запис (сегментований режим), стробовану вибірку і багаторазову розгортку (режим ABA), який поєднує повільний безперервний запис зі швидким збором даних запуску. Ці багаторазові режими збирання даних характеризуються швидким часом повторної активації. У разі 8-бітного дигітайзера Spectrum M4i.22xx воно становить лише 80 періодів вибірки (тобто 16 нс при 5 Гвиб/с). Це значно коротше, ніж час повторної активації 1 мкс більшості осцилографів. Ці різні режими збору даних дозволяють користувачеві налаштовувати дигітайзер для найкращого використання пам'яті збору даних для різних програм. Тригер синхронізує збір даних із зовнішніми подіями. Ефективне використання дигітайзера вимагає великої гнучкості запуску пристрою. Прості запуски по фронту, засновані на нахилі та рівні сигналу, є стандартними для більшості дігітайзерів. Багато хто також пропонує запуск вікна. Джерела тригера включають канали збору даних та кілька зовнішніх входів тригера. Для максимальної гнучкості тригера ці входи разом з можливістю повторного включення можуть бути об'єднані логічно для створення розширених станів тригера.

Однією з ключових переваг дігітайзер є можливість швидкої потокової передачі даних на комп'ютер для подальшого аналізу та архівування.

Дигітайзери Spectrum у режимі FIFO (потоковий режим) призначені для безперервної передачі даних між буферною пам'яттю дигітайзера та пам'яттю ПК. При використанні інтерфейсу PCI Express x8 Gen 2 швидкість потокової передачі становить 3,4 ГБ/с. Осцилографи, які в основному використовують інтерфейси LXI або USB, значно повільніше у своїй здатності переміщати дані на комп'ютер. Поєднання потокової можливості дигітайзера зі швидкою системою зберігання даних (наприклад, дисководом на основі RAID) робить дигітайзер ідеальним для програм, де необхідно зберігати довгі безшовні форми сигналів. Системи можна легко налаштувати для забезпечення годинника або навіть днів безперервного запису.

Програмне забезпечення для збору, перегляду, вимірювання та аналізу даних з модульних дигітайзерів

Дігітайзери є «сліпими» приладами і зазвичай не мають вбудованого дисплея для перегляду, вимірювання або аналізу даних, що збираються. Натомість ці функції зазвичай виконуються ПК.

Spectrum постачає повнофункціональну програму під назвою SBench 6. Програма забезпечує можливість керування дигітайзером та перегляду отриманих форм сигналів. Вона може виконувати як прості, так і складні виміри та пропонує кілька інструментів аналізу. SBench 6 підтримує всі сімейства дігітайзер Spectrum, включаючи digitizerNETBOX, і є потужним додатком для перевірки роботи дигітайзер прямо з коробки. Вона також дозволяє користувачеві підтверджувати роботу дігітайзер під час розробки власного програмного забезпечення, а також служить автономною станцією для перегляду та аналізу даних. SBench 6 забезпечує функції відображення, управління, вимірювання та аналізу, дозволяючи працювати з дигітайзером так само, як з осцилографом.

Рисунок 2: Програмне забезпечення для дігітайзера забезпечує можливості відображення та аналізу, як у осцилографа.

На малюнку 2 отримано два канали даних, які показані в правій нижній сітці. Горизонтальне розширення цієї траси показано у нижній центральній сітці. Верхня ліва сітка містить графік X-Y цих двох сигналів. Нижня ліва сітка містить цифрове відображення чотирнадцяти біт, що становлять сигнал на каналі 1. Швидке перетворення Фур'є (БПФ) сигналу з каналу 1 показано на правому верхньому дисплеї, а верхній центральний дисплей містить гістограму того ж сигналу. Як можна помітити, поєднання дигітайзера з SBench 6 забезпечує всі можливості відображення та аналізу осцилографа.

SBench 6 також надає курсори (два для кожної сітки відображення) та параметри вимірювання. Курсори відображаються на дисплеї БПФ, де вимірюються амплітуда та частота спектральних ліній на 5 та 15 МГц. Показ курсора відображається на панелі інформації ліворуч від малюнка, пов'язаного з дисплеєм БПФ.

Три з 21 параметрів вимірювання також відображаються на панелі інформації, пов'язаної з каналом AI-Ch0. Це амплітуда від піку до піку, ефективна (середньоквадратична) амплітуда та частота. Інструменти аналізу в SBench 6 включають усереднення, арифметику форми сигналу, швидке перетворення Фур'є, гістограму, фільтрацію та перетворення між аналоговими та цифровими доменами.

Практичний вимір із використанням дигітайзера замість осцилографа

Рисунок 3: Вимірювання потужності трьома ватметрами з використанням дігітайзера.

На малюнку 3 показані фазні напруги (Va, Vb і Bc), фазні струми (Ia, Ib і Ic) і потужність фази (Pa, Pb і Pc), що розсіюється, для навантаження, підключеної за схемою «зірка» (де у нас є доступ як до фазного, і до лінійному напрузі).

Помножте кожну фазну напругу на відповідний фазний струм, і результатом буде миттєва потужність у кожній фазі. Середнє значення миттєвої потужності – це активна складова потужності. Сума всіх трьох показань фазної потужності – це загальна активна потужність навантаження.

Цей вимір називається виміром потужності за допомогою трьох ватметрів. Для того, щоб виконати цей вимір з використанням зовнішніх диференціальних зондів для вимірювання напруги, потрібно шість каналів. Якщо використовуються односторонні зонди, кількість каналів збільшується до дев'яти. Гнучкість, що дозволяє вказати до 16 каналів на одній платі дигітайзера є основною перевагою цього типу вимірювання. Фазні напруги показані у верхньому ряду 2. Фазні струми відображаються в центральному ряду. Кожна з форм хвилі множиться разом із використанням аналогових обчислень. Результуюча фазна потужність відображається у нижньому рядку. Сума всіх трьох фазних форм хвилі потужності, знову аналогове підсумовування, відображається у крайній лівій сітці з написом "Загальна потужність". Зауважте, що загальна потужність відносно постійна. Параметри, показані на панелі інформації зліва, зчитують середні значення окремих фазних форм хвилі потужності разом із загальною потужністю. Сума середніх значень трьох фазних вимірів потужності дорівнює середньої загальної потужності.

Виміряний результат загальної потужності становить 850,9 Вт.

Висновки

Ці приклади показують міць об'єднання дигітайзера з потужним програмним забезпеченням щодо вимірювань, як у осцилографе. Можливо, ваша наступна покупка осцилографа насправді виявиться покупкою дигітайзера? Дивіться самі.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy