TEMAT NUMERUOSCYLOSKOPYPREZENTACJEPamięć akwizycji danychoscyloskopuSpójrz dalej, niż na tabliczkę znamionowąPamięć akwizycji danych jest ważnym czynnikiemcharakteryzującym każdy oscyloskop cyfrowy,przy czym jej większa pojemność nie oznaczaautomatycznie lepszej klasy oscyloskopu. Może sięto wydawać sprzecznością, więc przyjrzyjmy siębliżej budowie oscyloskopów o różnej architekturzepamięci, co pozwoli lepiej zrozumieć, dlaczegojeden rodzaj pamięci może być bardziej efektywnyi użyteczny od innego.Dodatkowe informacje:AM Technologies Polska Sp. z o.o.Al. Jerozolimskie 146C, 02-305 Warszawa, www.amt.plRysunek 1. Architektura oscyloskopu z systememmikroprocesorowymNa rynku dostępne są oscyloskopy budowane w oparciu o dwiearchitektury. W tej bardziej tradycyjnej za przetwarzanie i wyświetlaniena ekranie rejestrowanych przez oscyloskop odpowiada w głównejmierze system mikroprocesorowy. Pomimo, że niektórzy producenciwymyślają fantazyjne nazwy dla tego typu architektury, czy też stosująspecjalne tryby pracy pozwalające częściowo zniwelować jej wady,główną niedogodnością wciąż pozostaje fakt obecności systemumikroprocesorowego w torze wyświetlania obrazu. W oscyloskopachbazujących na drugiej architekturze system mikroprocesorowy usuniętoz toru wyświetlania obrazu i zastąpiono go specjalizowanym układemASIC. W oscyloskopach InfiniiVision 4000 X-Series firmy Agilent układten nosi nazwę „MegaZoom IV”.Na rysunku 1 przedstawiono tradycyjną architekturę oscyloskopuz systemem mikroprocesorowym. Generalnie, wielu inżynierów skupiasię przede wszystkim na parametrach bloku analogowego, który wrazz przetwornikiem A/C decyduje o szerokości pasma pomiarowego.Rysunek 3. Pojedynczy impuls typu burst zarejestrowanyoscyloskopem konkurencyjnym dla 4000 X-SeriesKolejnymi blokami są system zarządzania pamięcią i sama pamięćakwizycji danych. Finalnym blokiem, jednym z najważniejszych i częstoniedocenianym jest system plotera. W oscyloskopach z systememmikroprocesorowym za prezentację przebiegów na ekranie odpowiadaukład FPGA lub podsystem graficzny jednostki CPU. Wadą tego typuarchitektury jest fakt, że zanim obraz zostanie wygenerowany doprezentacji na ekranie, jednostka CPU może zostać obciążona dodatkowymizadaniami pochłaniającymi jej moc obliczeniową, np. realizacją pomiarówautomatycznych czy dekodowaniem protokołów sygnałów na szynieszeregowej. Wynikające z tego opóźnienie w przekazywaniu przebiegu naRysunek 2. Schemat blokowy oscyloskopu Agilent z architekturąpamięci MegaZoom IV. Specjalizowany układ ASIC eliminuje tuzależność między głębokością pamięci i szybkością odświeżaniaRysunek 4. Użycie funkcji zoom do rejestracji 3 kolejnych impulsóww.cz. w celu wyznaczenia zależności czasowej między nimi68 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/<strong>2013</strong>
TEMAT NUMERUOSCYLOSKOPYNOTATNIK KONSTRUKTORAWybór oscyloskopu – trudnadecyzjaOscyloskop, to jeden z najbardziejskomplikowanych przyrządów pomiarowychnależących do wyposażenia warsztatu każdegoelektronika. Z tego względu nie kupuje się gozbyt często. Tak przynajmniej było do niedawna,gdy urządzenie o odpowiednio wysokim poziomietechnicznym pracowało przez lata. Dzisiaj, częstosprawne jeszcze przyrządy są po kilku latachzastępowane nowymi z uwagi na... przestarzałośćkonstrukcji.Jednym z czynników decydujących o nieczęstym kupowaniu oscyloskopujest jego cena. Niestety, z uwagi na stopień skomplikowania konstrukcji,zawsze będzie to jeden z najdroższych przyrządów pomiarowych.Nawet najprostsze modele są wielokrotnie droższe od multimetrów czyzasilaczy laboratoryjnych. Pod względem ceny dorównać im mogą jedyniegeneratory funkcyjne/arbitralne, a także przyrządy wykorzystywane raczejwyłącznie w profesjonalnych pracowniach konstrukcyjnych i laboratoriachpomiarowych, czyli: analizatory widma, generatory sygnałowe, analizatoryprotokołów, telekomunikacyjna aparatura pomiarowa itp.Bez oscyloskopu trudno wyobrazić sobie pracę kogoś, kto elektronikązajmuje się systematycznie, nawet wtedy, gdy praca ta nie ma komercyjnegocharakteru. Jaki więc kupić oscyloskop? Jakie oferty należy przeglądać?Na co zwracać uwagę przy wyborze przyrządu? W artykule spróbujemyudzielić kilku rad, które mogą być pomocne w sformułowaniu odpowiedzina powyższe pytania. W rozważaniach przyjęto jedno, zasadnicze założenie– rozpatrywane będą wyłącznie oscyloskopy cyfrowe.Najważniejsze parametry techniczne oscyloskopuMoże nieco dziwić, że tak skomplikowane urządzenie elektroniczne,jakim jest oscyloskop, charakteryzowane jest w ofertach najczęściej zaledwietrzema, czterema parametrami. Potencjalni klienci na ich podstawiewyrabiają sobie wstępną i najczęściej jedyną opinię o urządzeniu, co więcej,na tej podstawie podejmują decyzję o ewentualnym zakupie. Faktycznie,można uznać, że możliwości techniczne oscyloskopu w decydującymstopniu są opisane tylko czterema parametrami, jednak pozostałych nienależy lekceważyć. Przyjrzyjmy się zatem, o czym jest mowa.Pasmo pomiarowe. Jest to najważniejszy parametr, który opisywałrównież oscyloskopy analogowe. W istocie, oscyloskop jest wykorzystywanyprzede wszystkim do oglądania przebiegów zmiennych i impulsowych,informacja o maksymalnej częstotliwości badanych sygnałów jestwięc kluczowa. Mimo, że rozpatrujemy urządzenia cyfrowe, pasmo pomiarowejest zwykle utożsamiane z jego blokiem analogowym – wzmacniaczemwejściowym, ewentualnymi filtrami. Dlatego w specyfikacjachtechnicznych stosowany jest zwykle termin pasmo analogowe, które należyrozumieć tak, jakby opisywało urządzenia analogowe. Zatem pasmoanalogowe określa częstotliwość, dla której wzmocnienie wzmacniaczawejściowego spada o 3 decybele. Przyjmuje się, że może to być maksymalnaczęstotliwość mierzona. Oczywiście w zwykłych oscyloskopach cyfrowychcharakterystyka częstotliwościowa nie opada na tyle stromo, aby powyżejf maxsygnał ulegał nagłemu stłumieniu do poziomu szumów (możnauznać, że odpowiada charakterystyce filtru jednobiegunowego). Znaczącojednak zaczyna rosnąć błąd pomiaru amplitudy. Dla częstotliwości f maxjeston równy 30%. Przypadek ten dotyczy większości oscyloskopów, nawettych bardzo drogich, ale o klasycznej budowie. W oscyloskopach najbardziejzaawansowanych technicznie, tzw. oscyloskopach samplingowych(np. TDS6604B...TDS6154C Tektroniksa), do przetwarzania sygnałów stosowanajest technika DSP. W tym przypadku podawane jest tzw. pasmoDSP (pasmo cyfrowe, pasmo rozszerzone). Może wydawać się nieco zaskakujące,ale pasmo DSP przyrządu jest szersze od jego pasma analogowego,co wynika z zastosowanej techniki obróbki sygnału.Pasmo analogowe określa wprost maksymalną częstotliwość sygnałusinusoidalnego, którą można mierzyć z akceptacją błędu, o którym byłajuż mowa. Na ogół jednak rzadko kiedy mamy do czynienia z czystymiprzebiegami sinusoidalnymi, a każdy inny można traktować jako złożenieprzebiegu o częstotliwości podstawowej i harmonicznych o częstotliwościachbędących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej.Obcięcie harmonicznych nieuchronnie spowoduje zniekształcenie takiegoprzebiegu, a co za tym idzie ulegną zmianie również parametry sygnału.Szczególnym przypadkiem w zastosowaniach praktycznych (technikacyfrowa) są przebiegi prostokątne lub ogólnie impulsowe. Jak wiemywidmo impulsu Diraca, czyli bardzo wąskiej szpilki jest nieskończone, zaśw widmie przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 50% występują sameharmoniczne nieparzyste o amplitudach malejących proporcjonalnie donumeru harmonicznej (rysunek 1). Wypływa z tego wniosek, że jeśli planowanejest badanie układów impulsowych i cyfrowych, należy poszukiwaćoscyloskopów o jak najszerszym paśmie. Można przyjąć zasadę, żepasmo analogowe oscyloskopu powinno być co najmniej 5 razy większeod największej częstotliwości badanego przebiegu cyfrowego.Szybkość próbkowania. Skoro rozpatrujemy przyrządy cyfrowe, którychzasada działania jest oparta na przetworniku analogowo-cyfrowym,to szybkość próbkowania istotnie musi być jednym z najważniejszychparametrów. Pamiętajmy, że parametr ten określa maksymalną szybkośćpracy układu próbkującego, która jednak jest wykorzystywana praktycznietylko dla najkrótszych podstaw czasu. Przy długich podstawach szybkośćpróbkowania musi być zmniejszona, aby zapobiec zbyt szybkiemuzapełnianiu się rekordu akwizycji. Tryb pracy układu akwizycji - PeakDetect dostępny w każdym oscyloskopie pozwala jednak wykrywać bardzowąskie szpilki, mieszczące się w całości w przedziałach czasu międzypróbkami. Zauważmy, że duże stłumienie częstotliwości powyżej 3.harmonicznej przebiegu prostokątnego powoduje, że jego kształt staje sięzbliżony do sinusoidalnego.Szybkość próbkowania jest podawana w jednostkach Sa/s (próbkina sekundę). Jest to wielkość bardzo ściśle określona przez twierdzenieo próbkowaniu. Wynika z niego, że częstotliwość próbkowania musi byćRysunek 1. Widmo przebiegu prostokątnego o wypełnieniu 50%70 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/<strong>2013</strong>
Change language