Нулевое время простоя совершает переворот в методике отладки

Что такое время простоя?

При работе с осциллографом важно различать две основные фазы в цикле сбора данных:

• дискретизация
• обработка и отображение

На фазе дискретизации осциллограф записывает сигналы и осциллограммы исследуемой схемы или устройства. Затем дискретизация останавливается, и начинается фаза обработки и отображения. Перерыв в дискретизации обозначается как время простоя, которое может представлять настоящую проблему в проектировании и исследованиях. Почему? В течение этого времени осциллограф не записывает новые выборки, поэтому любые важные события и сигналы будут потеряны. Если ваш осциллограф имеет длительное время простоя, вы рискуете упустить критически важную информацию. В некоторых осциллографах время простоя может составлять более 99 % от общего времени сбора данных — всё это время сигнал не фиксируется!

Время простоя зависит от двух главных факторов:

• Количество выборок, которые подлежат сохранению и обработке: чем больше выборок, тем дольше время простоя.
• Количество и тип операций обработки: для различных функций анализа и параметров обработки требуются различные операции обработки. Например, использование уменьшенной полосы разрешения с быстрым преобразованием Фурье приводит к существенному увеличению времени простоя.

Что такое частота обновления осциллографа?

При выборе осциллографа следует в первую очередь проверить его частоту обновления, т. е. как быстро осциллограф способен выполнять запись, обработку и отображение следующих друг за другом осциллограмм. Высокая частота обновления означает, что вы сможете быстрее проводить испытания и получать более достоверные результаты.

Частота обновления обратно пропорциональна общему времени сбора данных: чем больше общее время сбора данных (время дискретизации + время обработки и отображения), тем ниже частота обновления. Как было сказано выше, общее время сбора данных в значительной степени зависит от времени простоя. Длительное время простоя увеличивает общее время сбора данных и снижает частоту обновления. Именно поэтому важно выбирать осциллограф с малым временем простоя. Уменьшая время, в течение которого осциллограф не собирает новые выборки, вы сокращаете общее время сбора данных и повышаете частоту обновления. В свою очередь, это ведет к увеличению точности и достоверности результатов испытаний и сокращению общих затрат времени на выполнение ваших задач.

В качестве примера осциллографа с превосходной частотой обновления можно привести модель R&S®MXO 4. Этот осциллограф имеет непревзойденно высокую частоту обновления в реальном масштабе времени со сбором данных, обработкой и отображением более 4,6 млн осциллограмм в секунду.

Как свести время простоя к минимуму, и возможно ли нулевое время простоя?

К сожалению, действительно нулевое время простоя недостижимо, однако некоторые современные осциллографы со временем простоя в несколько наносекунд уже близки к этому рубежу. Например, модель R&S®MXO 4 имеет минимальное время простоя между последовательными операциями сбора данных — менее 21 нс — и наивысшую в мире частоту обновления. Такие впечатляющие характеристики в первую очередь обусловлены применением высокоэффективной специализированной интегральной платы. Специализированная интегральная плата обеспечивает более быструю и эффективную обработку сигналов, помогая снижать время простоя осциллографа. В ранних поколениях приборов в целях обработки сигналов и управления использовалось аппаратное обеспечение общего назначения. Это ограничивало возможности осциллографов, а высокоскоростной сбор данных и обработка сигналов в реальном масштабе времени были невозможны. Разработанная для осциллографов специализированная интегральная плата предоставляет выделенное аппаратное обеспечение для системы запуска или сбора данных, позволяя выполнять эти функции значительно эффективнее, чем процессор общего назначения. Это ведет к снижению времени простоя.

Некоторые осциллографы оснащены следующими функциями для снижения времени простоя:

• Сегментированная память: осциллограф захватывает только отдельные фрагменты интересующего вас сигнала и игнорирует прочее содержимое сигнала. Это помогает существенно сократить объем данных, подлежащих обработке на осциллографе.
• Дискретизация с чередованием: осциллограф с помощью нескольких аналого-цифровых преобразователей (АЦП) совершает выборки сигнала с небольшим смещением по времени и затем комбинирует эти выборки для создания более полной картины сигнала.
• Параллельная обработка: осциллограф имеет несколько трактов обработки, благодаря чему он способен обрабатывать один сегмент данных и в то же время захватывать следующий сегмент.
• Высокая частота дискретизации: осциллограф способен более быстро захватывать и обрабатывать данные.

Для снижения времени простоя также можно оптимизировать настройки осциллографа. Например, если вас интересует лишь определенная часть сигнала, вы можете изменить настройки таким образом, чтобы сконцентрировать внимание только на этой части. Это включает в себя настройки временной развертки и запуска по определенной части сигнала.

Как малое время простоя помогает во время отладки?

Представьте себе, что вы могли бы с легкостью регистрировать каждый сбой, бросок напряжения или высокочастотный сигнал. Звучит как техника на грани фантастики? Тем не менее это реально. Современные осциллографы (например, R&S®MXO 4) с почти нулевым временем простоя помогают воплощать эту идею в жизнь.

Малое время простоя совершает настоящий переворот в мире отладки. Оно сводит к минимуму риск пропуска редких кратковременных событий, таких как сбои или броски напряжения. Это особенно важно в силовой электронике, работающей на основе высокочастотных переключающих сигналов.

Кроме того, малое время простоя упрощает анализ сложных сигналов. С увеличением частоты обновления можно фиксировать большее число осциллограмм в одном окне наблюдения и таким образом более точно и подробно представлять исследуемый сигнал. Взгляните на рисунок ниже. Осциллограмма, полученная с высокой частотой обновления, имеет больше подробностей, чем осциллограмма, полученная с низкой частотой обновления. Это особенно удобно для обнаружения шума или незначительных редких событий, которые были бы пропущены при низкой частоте обновления. Увеличенная частота обновления также позволяет совершать запуск по этим событиям. Это может давать решающие преимущества в разнообразных приложениях, например в цифровой связи, где качество сигнала входит в число ключевых показателей.

Прочие преимущества малого времени простоя

Малое время простоя снижает затраты времени на проведение испытаний не только благодаря помощи при отладке, но также благодаря повышению удобства в обращении и быстродействия прибора. В большинстве современных осциллографов предпочтение отдается обработке сигналов, а не пользовательскому интерфейсу. На практике это означает, что осциллограф обновляет свой экран и реагирует на действия пользователя только по окончании времени простоя. Таким образом, малое время простоя повышает быстродействие прибора также с точки зрения отображения и управления. Это предотвращает раздражение пользователей и снижает риск человеческих ошибок.

Еще одним преимуществом малого времени простоя является повышение статистической достоверности. Осциллографы часто применяются в целях генерирования статистических данных, при этом каждый сбор данных рассматривается как выборка входного сигнала. С увеличением количества выборок уменьшается доверительный интервал, что дает вам уверенность в том, что измеренные статистические данные максимально приближены к фактическим значениям.