Приступаємо до вимірів. Частина 5

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту, що наводиться в самому кінці Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Частина 4 >>

Типи режимів захоплення

Режим вибірки: Це найпростіший режим захоплення. Осцилограф створює точку форми сигналу через збереження кожної точки вибірки протягом кожного інтервалу форми сигналу.

Режим виявлення піку: Осцилограф зберігає мінімальне та максимальне значення точок вибірки, взятих протягом двох інтервалів форми сигналу, при цьому використовує ці точки вибірки як дві відповідні точки форми сигналу. Цифрові осцилографи з режимом виявлення піку активують ADC на режим швидкої частоти вибірки навіть при встановленні мінімальної часової бази (установка мінімальної часової бази адекватна довгим інтервалам форми хвилі) і при цьому осцилографи знаходять здатність захоплювати швидкі зміни в сигналах, які можуть мати місце між ділянками цих сигналів Як це представлено на рис. 23.

Режим виявлення піку особливо корисний для аналізу дуже вузьких імпульсів, що мають дуже далеко один від одного, як це представлено на рис. 24.

Режим високої роздільної здатності: як і режим виявлення піку, цей режим є способом отримання більшої інформації у випадках, коли ADC здійснює вибірку частіше, ніж вимагають установки тимчасової бази. В цьому випадку множинні вибірки, взяті в рамках інтервалу однієї форми сигналу, усереднюються для отримання однієї результуючої точки форми сигналу. У результаті отримуємо зниження шуму і значне поліпшення у вирішенні даних про низькошвидкісні сигнали. Перевагою режиму високої роздільної здатності через усереднення є те, що цей режим може бути задіяний навіть для тестування одноразових подій.

Режим конверта: Цей режим схожий на режим виявлення піку. Однак, в режимі конверту мін і макс точки форми сигналу від різних режимів захоплення комбінуються для формування такої форми сигналу, яка демонструвала б накопичення мін і макс значень у часі. Режим виявлення піку зазвичай використовується реєстрації даних, формують конвертну форму сигналу.

Режим усереднення: У цьому режимі пристрій зберігає к.-л. точку вибірки протягом кожного інтервалу форми сигналу, так само як і режимі вибірки. Однак точки форми сигналу, отримані як результат послідовного захоплення, потім усереднюються для формування остаточної результуючої хвилі. Режим усереднення знижує шуми без втрати в смузі пропускання, але вимагає наявності сигналу, що повторюється.

Режим бази даних форми хвилі: У цьому режимі акумулює бази даних форми хвилі, які надають три розмірні шкали осей для показників амплітуди, часу і числових значень.

Запуск та зупинка системи захоплення

Однією з очевидних переваг цифрових осцилографів є їхня здатність зберігати форми сигналів для подальшого аналізу. Для цього на фронтальній панелі осцилографа зазвичай є одна або більше клавіш, які дозволяють користувачеві запускати або зупиняти систему захоплення, таким чином, є можливість аналізувати форми сигналів в будь-який зручний для користувача час. Крім того, ви можете налаштувати осцилограф на автоматичну зупинку захоплення даних після того, як один цикл захоплення вже відбувся або після певного комплекту реєстрацій, після яких прилад переключився на режими конверта або усереднення. Ця функція зазвичай називається одноразовою розгорткою або одноразовою послідовністю і органи управління цією функцією зазвичай присутні з іншими органами управління захопленням або з керуванням тригером.

Дискретизація

Дискретизація це процес перетворення частини вхідного сигналу певну кількість дискретних електричних значень з метою їх зберігання, обробки та/або відображення на екрані. Величина кожної точки вибірки еквівалентна амплітуді вхідного сигналу в момент, коли сигнал дискретизується.

Дискретизація – це як робити фотографії. Кожна фотографія відповідає специфічній часовій точці на формі сигналу. Отримані фотографії потім можуть бути збудовані в певному порядку в часі, тим самим відтворюючи вхідний сигнал.

У цифровому осцилографі ряд точок вибірки з вже виміряною амплітудою відновлюється на дисплеї вертикальної осі і згідно з тимчасовими показниками горизонтальної осі, як це представлено на рис. 25.

Вхідний сигнал на мал. 25 представлений як послідовність точок на екрані. Якщо точки широко відстоять одна від одної і їх важко трактувати як те, що це вхідний сигнал, то точки можуть бути з'єднані один з одним через процедуру інтерполяції. Інтерполяція з'єднує точки лініями чи векторами. Існує безліч методик інтерполяції, які можуть бути задіяні для продукування та точного подання безперервного вхідного сигналу.

Органи управління дискретизацією

Деякі цифрові осцилографи надають користувачеві можливість визначитися в методах дискретизації - або дискретизація в реальному часі або еквівалентна в часі. Органи управління захопленням, присутні на таких осцилографах, дозволять вам вибрати потрібну методику вибірки для захоплення сигналу. Треба враховувати, що цей вибір ні на що не впливає при установках мінімальної бази часу і має тільки тоді значення, коли АЦП не здатний досить швидко здійснювати дискретизацію для заповнення точками вибірки всього циклу реєстрації даних за одну розгортку. Кожен метод дискретизації має певні переваги, залежно від типу вимірювань, що проводяться зараз.

Органи управління встановлюються на сучасних осцилографах з метою надання користувачеві можливостей вибору трьох режимів роботи тимчасової бази горизонтальної осі. Якщо ви просто проводите дослідження сигналу і хочете встановити взаємодію з живим сигналом, необхідно задіяти попереднє налаштування «Автоматична» або «Інтерактивна», що забезпечує найкраще оновлення інформації на дисплеї. Якщо вам потрібні високоточні вимірювання і найвища частота вибірки в реальному часі, то режим «Постійна Частота Вибірки» для цього підходить найбільше. Таким чином, ви матимете найвищу частоту вибірки з найкращим дозволом у реальному часі. Останній режим роботи називається «Ручною», оскільки він забезпечує безпосереднє та незалежне керування частотою вибірки та довжиною запису.

Методика вибірки у реальному часі

Вибірка в реальному часі ідеальна для сигналів, частотний діапазон яких становить менше половини значення максимальної частоти вибірки осцилографа. В даному випадку осцилограф стає здатним захоплювати більш ніж достатньо точок за одну розгортку форми сигналу для конструювання точної картинки того, що відбувається, як це представлено на рис. 26. Вибірка реальному часі – єдина можливість захоплення швидких, одноразових проміжних сигналів.

Вибірка в реальному часі є величезним викликом для цифрових осцилографів через значення частоти цієї вибірки, необхідної для точного оцифрування високочастотних перехідних подій, як це представлено на рис. 27. Ці події трапляються лише один раз і мають бути схоплені точно в той самий час, як вони мають місце.

Якщо частота вибірки недостатньо швидка, то високочастотні компоненти можуть «скластися» в низьку частоту, що спричиняє накладення спектрів на дисплеї, як видно з рис. 28. Крім того, вибірка в реальному часі надалі ускладнюється тим, що потрібна наявність високошвидкісної пам'яті для зберігання форм сигналів, якщо ці сигнали оцифровані. Це питання більш детально розглянуто в розділах Частота Вибірки та Довжина Запису розділів Умови Роботи та Додаткові Відомості, де детально описуються умови, необхідні для якісного аналізу перехідних подій високочастотних.

Вибірка в реальному часі з інтерполяцією

Цифрові осцилографи реєструють дискретні вибірки сигналу, який повинен бути відображений на екрані осцилографа. Однак може виникнути складність візуалізації сигналу, представленого у вигляді точок, особливо коли є всього лише кілька точок, що представляють високочастотні ділянки сигналу. На цей випадок у дисплеїв цифрових осцилографів присутні режими інтерполяції. У простих термінах інтерполяція є «з'єднанням точок», таким чином, що сигнал, який був оцифрований всього кілька разів у кожному циклі, може бути точно відновлений. Задіюючи режим вибірки в реальному часі з інтерполяцією, осцилограф «збирає» за один прохід лише кілька точок вибірки досліджуваного сигналу в реальному часі, при цьому застосовує інтерполяцію заповнення порожніх проміжків на графіку. Інтерполяція є специфічною технологією обробки, що використовується для отримання ясного уявлення про те, як виглядає форма сигналу на основі отриманих всього декількох точок вибірки цього сигналу.

Лінійна інтерполяція поєднує точки вибірки прямими лініями. Такий підхід обмежений лише можливостями відновлення прямих ділянок сигналу, як показано на рис. 29, що найбільше підходить для хвиль прямокутної форми.

Більш різнобічна інтерполяція sin x/x з'єднує точки вибірки кривими лініями (див. рис. 29). Інтерполяція Sin x/x є математичним процесом, у якому відбувається розрахунок положень точок заповнення часових проміжків між реальними точками вибірки. Така технологія інтерполяції співвідноситься з викривленими та неперіодичними формами сигналів, які найчастіше зустрічаються в реальному світі електроніки, ніж чисто квадратичні форми чи імпульси. Отже, інтерполяція sin x/x є кращою методикою застосування, де частота вибірки від 3 до 5 разів перевищує пропускну здатність осцилографа.

Еквівалентна у часі методика вибірки

При вимірюваннях високочастотних сигналів осцилограф може виявитися нездатним зібрати достатню кількість точок вибірки за одну розгортку. У цьому випадку методика еквівалентної в часі вибірки може бути задіяна для захоплення сигналів, частота яких перевищує половину значення частоти вибірки осцилографа, як це представлено на рис. 30.

Еквівалентна в часі методологія оцифрування використовує перевагу того, що за фактом більшість подій, що мають природне або штучне походження, за своєю природою повторюються. Еквівалентна у часі вибірка конструює картинку сигналу, що повторюється через захоплення зовсім невеликої кількості інформації при кожному повторенні такої події. Форма сигналу неквапливо будується за подобою рядків світла, що висвічуються одна за одною. Така методика дозволяє осцилографу з високою точністю захоплювати сигнали, чиї частотні компоненти значно вищі, ніж частота вибірки самого осцилографа.

Існує два типи еквівалентних у часі вибірок: довільний тип та послідовний. Кожен має свої переваги. Довільна еквівалентна у часі вибірка дозволяє відображати на екрані сигнал до відліку точки синхронізації, без використання лінії затримки.

Послідовна еквівалентна у часі вибірка забезпечує значно більший тимчасовий дозвіл та точність. В обох випадках необхідно, щоб сигнал повторювався.

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