Руководство по покупке осциллографа

Полоса пропускания

Что такое полоса пропускания?

Полоса пропускания — это диапазон частот, который способен измерять осциллограф. Осциллографы являются одними из немногих широкополосных приборов, способных измерять в диапазоне от постоянного тока (0 Гц) до указанной полосы пропускания. При покупке осциллографа необходимо в первую очередь обратить внимание на эту характеристику, поскольку вы не сможете проводить точные измерения на осциллографе с недостаточной полосой пропускания.

Частотная характеристика усилителя во входном каскаде осциллографа напоминает фильтр нижних частот. Это означает, что она пропускает большинство составляющих сигнала от 0 до точки, в которой затухание снижается на 3 дБ. В точке -3 дБ осциллографы определяют свою полосу пропускания и отображают снижение напряжения прибл. на 30%.

Как правильно выбрать требуемую полосу пропускания?

Выбор осциллографа для решения конкретной задачи может быть непростым процессом. Например, если вы хотите рассматривать только синусоидальные сигналы, требуемая вам полоса пропускания должна лишь немного превышать максимальную несущую частоту, чтобы принимать во внимание затухание на 3 дБ. К примеру, для измерения синусоидального сигнала 100 МГц вы можете выбрать осциллограф с полосой пропускания 150 МГц или более.

Однако при работе с более сложными формами сигналов (например, цифровые сигналы) необходимо учитывать различные факторы. Ориентир для цифровых и прочих сложных сигналов: полоса пропускания должна быть в 3–5 раз выше, чем самый быстрый тактовый сигнал или сигнал передачи данных. Например, для измерений шины памяти со скоростью передачи данных 133 МГц необходимо выбрать полосу пропускания не менее 400 МГц. Однако данное правило предполагает, что время нарастания цифрового сигнала зависит от скорости передачи данных.

Как правило, передний и задний фронты цифровых сигналов содержат больше частотных составляющих, чем основная частота. Поэтому формула 0,35 х время нарастания обеспечивает оценку полосы пропускания сигнала в первом приближении. Возьмем рассматриваемый выше пример с шиной. Например, если сигнал имеет время нарастания 600 пс, формула показывает, что на частоте до 583 МГц имеются частотные составляющие. (Это значение подтверждает правило 3–5-кратной зависимости от скорости передачи данных).

Прочие соображения касательно полосы пропускания

В большинстве осциллографов возможно расширение полосы пропускания. Разумеется, имеется определенный верхний предел модернизации, однако всегда можно найти решение, если вам недостаточно имеющейся полосы пропускания.

Избыточная полоса пропускания может оказывать влияние на ваши измерения. В общем случае увеличенная полоса пропускания означает увеличение широкополосного шума при измерении. Хорошо, что многие осциллографы оснащены фильтрами для ограничения полосы пропускания входного каскада. Например, все осциллографы Rohde & Schwarz имеют фильтр 20 МГц для измерений источников питания. Кроме того, модели R&S®MXO 4и R&S®RTO 6имеют режим высокой четкости (HD), который снижает полосу пропускания и разрешение АЦП в обмен на высокую точность измерений с малой полосой пропускания.

У вас есть вопросы? Свяжитесь с нами.

Частота дискретизации

Что такое частота дискретизации?

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в осциллографе преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Частота «оцифровки» называется частотой дискретизации. Производители указывают частоту дискретизации в отсчетах в секунду. Например, Осциллограф R&S®RTC1000300 МГц имеет частоту дискретизации 2 млрд отсчетов в секунду. Частота дискретизации также обозначается как 2 млрд отсчетов/с.

Как правильно выбрать требуемую частоту дискретизации?

Частота дискретизации осциллографа должна как минимум в 2,5 раза превышать полосу пропускания. Например, в осциллографе с полосой пропускания 1,5 ГГц частота дискретизации должна быть выше 3,75 млрд отсчетов/с. Большинство цифровых осциллографов удовлетворяют этому минимальному требованию. Однако для достижения более высокой частоты дискретизации в осциллографе может применяться чередование нескольких каналов.

Например, модель R&S®RTC1000 300 МГц имеет частоту дискретизации 2 млрд отсчетов/с в одном канале и всего лишь 1 млрд отсчетов/с, если активированы оба канала. Однако даже при этой уменьшенной частоте дискретизации в R&S®RTC1000 количество отсчетов в 2,5 раза превышает аналоговую полосу пропускания!

В общем случае чем выше частота дискретизации, тем лучше.

Прочие соображения касательно частоты дискретизации

Осциллографы имеют различные режимы захвата сигналов, такие как «обнаружение пиковых значений» или «высокое разрешение». В этих режимах АЦП может продолжать работать с максимальной частотой дискретизации, но при этом в памяти сохраняется уменьшенное количество точек данных. Эти режимы позволяют использовать высокие частоты дискретизации в задачах с относительно медленными сигналами.

Разрядность АЦП

Что такое разрядность АЦП?

АЦП осциллографа выдает двоичные значения. Как и в любом другом АЦП, количество разрядов этих двоичных значений определяет разрешение. Например, 8-разрядный АЦП выдает 256 уникальных значений или уровней напряжения. 10-разрядный АЦП выдает 1024 уникальных значения, а 12-разрядный АЦП выдает 4096 уровней напряжения.

Точность, разрешение и чувствительность

Разрешение АЦП оказывает влияние на точность измерений осциллографа, однако это не единственный фактор, который следует принимать во внимание.

Точность — это разность между ожидаемым результатом измерения и фактическим значением. Другими словами, это погрешность измерения. Тогда как разрешение — это наименьшее изменение, которое способна представить измерительная система. В случае осциллографа разрядность АЦП определяет разрешение. И наконец, чувствительность — это наименьшее различимое изменение. На первый взгляд данное определение совпадает с разрешением, при этом отдельные элементы системы сбора данных могут иметь очень высокую чувствительность. Тем не менее, общая чувствительность является комбинацией точности и разрешения.

Прочие соображения

Не все осциллографы постоянно работают с полной разрядностью! Поэтому следует внимательно прочитать техническую спецификацию, чтобы увидеть имеющиеся ограничения. Все осциллографы R&S всегда используют свою полную разрядность.

Кроме того, некоторые модели осциллографов R&S могут увеличивать свою эффективную разрядность в режиме высокой четкости (HD). В этом режиме полоса пропускания снижается в пользу более высокого разрешения. Например, модель R&S®MXO4 имеет 12-разрядный АЦП, для которого возможно эффективное увеличение до 18 разрядов.

Запуск

Что такое запуск?

В цифровых осциллографах система запуска контролирует сигнал(ы) на наличие определенных событий. При обнаружении заданного пользователем события происходит запуск. Чаще всего используется запуск по фронту сигнала, при этом обычно производится обновление экрана и событие размещается по центру экрана.

Системы запуска способны обнаруживать множество других событий, такие как длительность импульса, сверхмалые напряжения, логические уровни или пакеты последовательного протокола. Они также оснащены средствами для фильтрации шума, квалификации действительных событий и запуска прочих приборов.

Как правильно выбрать требуемую систему запуска?

Полнофункциональная система запуска помогает существенно снизить время отладки и определять характеристики очень сложных сигналов.

Сначала следует рассмотреть, какие типы запуска поддерживает осциллограф. Затем следует проанализировать прочие возможности, такие как настраиваемый гистерезис и последовательный запуск.

Настраиваемый гистерезис означает, что система запуска менее чувствительна к шуму на осциллограмме или способна сконцентрироваться на определенном событии на фронте сигнала. Например, осциллографы с прецизионными цифровыми системами запуска могут срабатывать при событиях менее 0,0001 от вертикального деления!

Последовательный запуск, также известный как запуск A->B, позволяет задавать двухступенчатое условие запуска. Например, квалификация определенной длительности импульса должна проводиться только после регистрации заднего фронта сигнала.

Прочие соображения касательно системы запуска

При анализе системы запуска осциллографа необходимо обратить особое внимание на ее технические характеристики. В некоторых осциллографах системы запуска имеют полную полосу пропускания только для запуска по фронту сигнала. Прочие типы запуска могут быть относительно медленными по сравнению с полосой пропускания осциллографа.

В осциллографах R&S®MXO4 и R&S®RTO6 применяется цифровая система запуска. Вместо аналоговой схемы для обнаружения событий специализированная интегральная плата в реальном масштабе времени контролирует цифровые отсчеты АЦП на предмет событий запуска. Эта уникальная методика обеспечивает максимальную точность запуска. Существенное преимущество данной системы заключается в том, что все типы запуска работают с полной полосой пропускания. Например, цифровая система запуска обнаруживает кратковременные сбои не менее быстро, чем единичный отсчет АЦП. Кроме того, она имеет превосходную чувствительность по напряжению.

Глубина памяти

Что такое глубина памяти?

АЦП сохраняет свои отсчеты в буфере памяти. Частота дискретизации АЦП составляет несколько миллиардов отсчетов в секунду, поэтому память также должна работать очень быстро. Количество сохраняемых выборок данных называется «глубина памяти». Например, если канал имеет буфер в 10 млн точек, то при каждом сборе данных он сохраняет до 10 миллионов отсчетов.

Имеется прямая взаимосвязь между частотой дискретизации, глубиной памяти и временем сбора данных на осциллографе. Временная развертка определяет минимальное время захвата сигнала на осциллографе. Система сбора данных уравновешивает глубину памяти и частоту дискретизации в целях достижения максимальной частоты дискретизации для заданной временной развертки. Чем больше памяти доступно, тем медленнее (длительнее) может быть временная развертка при поддержании высокой частоты дискретизации.

Большой объем памяти всегда дает преимущества. Однако некоторые осциллографы не используют свою глубокую память по максимуму или работают очень медленно, если активирована повышенная глубина памяти.

Как правильно выбрать требуемую глубину памяти?

В отличие от других ключевых характеристик осциллографов, для глубины памяти отсутствуют простые правила. Вы можете определить минимальную требуемую глубину памяти в зависимости от длительности сбора данных. Например, для захвата 10 циклов тактового сигнала 100 МГц потребуется захват не менее 100 наносекунд. При частоте дискретизации 1 млрд отсчетов/с АЦП делает отсчет в каждую наносекунду. Поэтому вам потребуется глубина памяти в 100 отсчетов.

Прочие соображения касательно глубины памяти

При сравнении глубокой и неглубокой памяти следует проверить то, как осциллограф обрабатывает свою память для сбора данных. Например, осциллографы R&S®MXO, R&S®RTO и R&S®RTP оснащены специализированной интегральной платой для управления операциями с глубокой памятью. Эта специализированная интегральная плата поддерживает оперативность осциллографа при увеличении и уменьшении масштаба осциллограмм, а также сводит к минимуму время перезарядки системы запуска во время сбора данных.

Быстрая сегментация и функция архива

В число прочих соображений входят режимы и функции, которые используют память иными способами, чем простой сбор данных. Например, функции быстрой сегментации и архива в осциллографах R&S эффективно используют глубокую память.

При быстрой сегментации система сбора данных разделяет память на небольшие равные отрезки или сегменты. Эти сегменты заполняются так же быстро, как перезаряжается система запуска. Контроллер памяти дожидается заполнения всех сегментов и затем передает собранные данные в ЦПУ. Функция быстрой сегментации обеспечивает максимально быструю перезарядку системы запуска и максимальное использование глубокой памяти. Это выгодно для сигналов с пакетным характером.

Функция архива является еще одним новым способом использования глубокой памяти. Контроллер памяти разделяет всю доступную память на отрезки или сегменты, как в функции быстрой сегментации. Однако контроллер заполняет сегменты в виде кольцевого буфера, при этом осциллограф обрабатывает каждый сегмент в нормальном режиме. Отличие функции архива заключается в том, что после останова осциллографа можно «прокрутить» время назад к предыдущим операциям сбора данных. Эта функция позволяет нажать на кнопку «Останов» в тот момент, когда на экране отображается аномалия сигнала.

У вас есть вопросы? Свяжитесь с нами.

Частота обновления осциллограмм

Что такое частота обновления осциллограмм?

Частота обновления осциллограмм иногда называется частотой запуска. Она определяет, как быстро осциллограф может захватывать сигнал между событиями запуска. В общем случае, чем быстрее перезаряжается система запуска, тем меньше время простоя между операциями сбора данных.

Время простоя — это время между операциями сбора данных, когда осциллограф не способен захватывать сигнал. Чем меньше время простоя, тем выше частота запуска и тем выше вероятность регистрации редких событий (например, переходный импульс).

Некоторые осциллографы Rohde & Schwarz оснащены специализированной интегральной платой, которая обеспечивает сверхвысокую частоту обновления осциллограмм. Например, модель R&S®RTO6 позволяет захватывать до 1 млн осциллограмм в секунду. А модель R&S®MXO4 способна захватывать более 4,5 млн осциллограмм в секунду!

Прочие соображения касательно частоты обновления осциллограмм

Различные измерения, режимы сбора данных и глубины памяти могут оказывать влияние на частоту обновления осциллограмм. Некоторые производители осциллографов указывают максимальную частоту обновления осциллограмм (или минимальное время простоя) только при условии, если активированы специальные режимы. Поэтому при рассмотрении их технических характеристик необходимо знать, в каких случаях действует максимальная частота.

Пробники

Что такое пробники для осциллографов?

Чтобы измерить сигнал, необходимо подать его в осциллограф. В некоторых случаях можно с помощью кабелей с разъемами BNC (или SMA) напрямую подключить испытуемое устройство к передней панели осциллографа. Однако в большинстве случаев требуется пробник.

Как правильно выбрать требуемые пробники?

Наиболее часто применяются пассивные пробники напряжения. Эти недорогие пробники пригодны для решения общих задач. Пробники с различными коэффициентами деления обеспечивают подачу повышенного напряжения или пониженной нагрузки в сигнал.

Пассивные пробники, которые прилагаются в комплекте осциллографа, обычно имеют полосу пропускания на уровне осциллографа или слегка выше. Для большинства пассивных пробников полоса пропускания не превышает 500 или 700 МГц. Для сигналов с полосой пропускания более 700 МГц требуется активный пробник напряжения.

В активных пробниках напряжения используется контур усилителя с более высокой полосой пропускания и меньшей нагрузкой, чем в пассивных пробниках. Предлагаются следующие форм-факторы: несимметричные, дифференциальные и модульные пробники. Как следует из их названия, для работы активных пробников требуется электропитание.

Некоторые пробники могут измерять иные величины, чем напряжение. Например, токовые пробники на основе датчика с эффектом Холла неинтрузивным способом измеряют силу тока через провод. Еще одним примером служат пробники ближнего поля, которые измеряют электромагнитные поля, излучаемые компонентами, проводами и печатными платами.

В общем случае активные пробники одного производителя осциллографов могут быть несовместимы с осциллографами другого производителя. Однако некоторые производители предлагают адаптеры для пробников других производителей. (Если вы хотите использовать такие адаптеры, проверьте совместимость пробника с адаптером!).

Компания Rohde & Schwarz предлагает широкий выбор пассивных, активных и невольтовых пробников с различными форм-факторами.

Прочие соображения касательно пробников для осциллографов

Осциллографы с малой полосой пропускания (как правило, менее 200 МГц) поддерживают только пассивные пробники. Другими словами, они имеют только разъем BNC на передней панели. Осциллографы с полосой пропускания более 200 МГц могут иметь интерфейс активных пробников с поддержкой пассивных и активных пробников.

Встроенные приборы

Осциллографы уже давно вышли за рамки приборов только для измерения форм сигналов. При выборе осциллографа следует принимать во внимание прочие встроенные в него приборы. Следует учитывать перечисленные далее дополнительные возможности.

Анализ спектра (БПФ) с помощью осциллографов

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) преобразует осциллограммы во временной области в представление в частотной области. На экране осциллографа отображаются частота и амплитуда (вместо времени и амплитуды). В отличие от традиционных анализаторов спектра, осциллографы с функциями анализа спектра способны измерять вплоть до 0 Гц!

БПФ может быть реализовано в виде простой математической функции с ограниченными возможностями управления либо в виде аппаратного ускорения с такими же элементами управления, как в анализаторе спектра. Модель R&S RTO6 дополнительно оснащена уникальной функцией зонального запуска, которая позволяет обрисовать участок, на котором возможно (или нежелательно) появление паразитных излучений, чтобы обновлять на экране только выбранную частоту.

Генератор сигналов произвольной формы

Встроенный генератор сигналов произвольной формы генерирует синусоидальные, треугольные и прямоугольные сигналы с амплитудной модуляцией, частотной модуляцией, частотной манипуляцией или широтно-импульсной модуляцией. Встроенный в осциллограф генератор экономит пространство на вашем рабочем столе. Кроме того, многие осциллографы могут использовать генератор для подачи сигнала в схему, в то время как аналоговый канал измеряет выходное значение. Например, опция анализа частотных характеристик R&S®MXO4-K36 создает диаграммы Боде для АЧХ контура управления и коэффициента подавления нестабильности питания.

Большинство осциллографов Rohde & Schwarz оснащаются генератором сигналов произвольной формы в виде программной опции или подключаемого аппаратного модуля.

Логический анализатор

Осциллографы с цифровыми каналами способны захватывать аналоговые и цифровые сигналы. Логические каналы, как правило, коррелированы по времени, т. е. осциллограф дискретизирует их одновременно с аналоговыми каналами. В результате на дисплее отображаются события для обоих типов каналов с привязкой по времени.

Все осциллографы Rohde & Schwarz имеют цифровые каналы в виде опции. В зависимости от модели предлагаются 8 или 16 каналов.

Анализатор протоколов

Анализатор протоколов берет полученную осциллограмму (в аналоговых или цифровых каналах) и декодирует ее в окне протокола. Например, многие микроконтроллерные схемы имеют шину SPI, I2C или UART для обмена данными. С помощью функций анализатора протоколов на осциллографе вы можете реализовать запуск по конкретным событиям протокола (например, начало пакета или ошибка проверки контрольной суммы). После запуска декодированная информация помогает легко считать транзакции в шине.

Существуют как минимум два способа просмотра данных. Первый способ: данные накладываются поверх полученной осциллограммы. Этот способ удобен для оценки целостности сигнала и его влияния на ошибки в протоколе. Второй способ: таблица протокола. В этой компактной таблице отображаются многочисленные транзакции протокола за короткий период.

Все осциллографы Rohde & Schwarz имеют различные опции декодирования, которые можно включить в заказ или активировать позднее после покупки осциллографа.

Форм-фактор (дизайн)

Осциллографы могут иметь различные размеры. Общее правило — чем выше полоса пропускания, тем крупнее конструкция. Современные портативные осциллографы имеют такую же функциональность, как традиционные настольные приборы.

У вас имеются вопросы по нашей продукции? Свяжитесь с нами.

Дистанционное управление

Что означает дистанционное управление?

Используя дистанционное управление, вы можете подключаться к прибору через ПК и управлять им, как если бы вы находились рядом с передней панелью. Вы нажимаете на экранные кнопки или приводите в действие рукоятки на виртуальной передней панели в окне веб-браузера, которое имитирует переднюю панель прибора.

Как правильно выбрать способ удаленного доступа?

Для удаленного доступа к вашему осциллографу в лаборатории убедитесь в том, что он поддерживает дистанционное управление. Например, модели R&S®RTB, R&S®RTM, R&S®MXO 4, R&S®RTO 6 и R&S®RTP поддерживают виртуальную переднюю панель в окне веб-браузера.

Прочие соображения касательно удаленного доступа

Большинство осциллографов с поддержкой GPIB требуют приобретения дополнительной аппаратной опции.

Автоматизация (и возможности подключения)

Что означает автоматизация (и возможности подключения)?

Автоматизация означает управление прибором на ПК с помощью среды программирования LabView™ от NI, MATLAB® от MathWorks или Python. Эти среды передают команды на осциллограф через USB, Ethernet или GPIB.