Site Loader

Содержание

➤ Как выбрать цифровой осциллограф в 2020 г. [Руководство]

Для тех, кто занимается разработкой, изготовлением или ремонтом электронного оборудования, основным рабочим прибором всегда был, есть и будет (мы очень на это надеемся 🙂 ) цифровой осциллограф.

Данное руководство посвящено ответу на вопрос: «как выбрать цифровой осциллограф?».

Оглавление:

  1. Критерии выбора цифрового осциллографа
    1. Полоса пропускания
    2. Время нарастания
    3. Согласованные пробники
    4. Количество каналов
    5. Частота дискретизации
    6. Система запуска
    7. Длина записи
    8. Навигация и анализ
    9. Поддержка приложений
    10. Простое управление
    11. Интерфейсы подключения
    12. Самое главное требования при выборе осциллографа
    13. Примеры цифровых осциллографов
    14. Задать вопрос / оставить комментарий

Прежде чем понять, как правильно выбрать цифровой осциллограф, стоит понимать, что он из себя представляет и зачем он Вам нужен.

Цифровой запоминающий осциллограф:

  • Захватывает, сохраняет и отображает сигналы
  • Отображает высокоскоростные периодические или непериодические сигналы, поступающие на входной канал
  • Измеряет частоту сигнала, искажения, вносимые неисправным компонентом, уровень шумов, изменение шума во времени и множество других параметров

Осциллограф какой бы марки вы не выбрали ( Tektronix, Rohde & Schwarz, Keysight) должен не только соответствовать характеру вашей работы, но и:

  • Точно регистрировать сигналы
  • Обладать функциями, расширяющими ваши возможности и позволяющими сэкономить время
  • Иметь гарантированные технические характеристики, подтвержденные документально

Точность. Вы должны точно знать, какие сигналы собираетесь исследовать: звуковые сигналы и аналоговые сигналы датчиков или импульсы и ступеньки (цифровые сигналы). Если вы работаете с цифровыми сигналами, то будете ли вы измерять длительность перепадов, или вас интересуют лишь примерные временные соотношения? Будете ли вы использовать осциллограф для измерения характеристик разрабатываемой схемы, или в основном он нужен вам для отладки? В любом случае изначально точный захват сигнала важнее любой последующей обработки – ваши решения должны опираться на точную исходную информацию, которую затем вы всегда сможете обработать на ПК.

Возможности.  Следует учитывать не только те схемы, которые вы разрабатываете сегодня, но и те, что будете создавать завтра. Высококачественный осциллограф с широкими возможностями верно прослужит вам долгие годы.

Гарантированные характеристики цифровых осциллографов.  Убедитесь, что все характеристики, связанные с необходимыми видами измерений, отмечены в техническом описании, как «гарантированные». Если значения параметров указаны, как «типовые», они являются статистической характеристикой и не могут использоваться для выполнения достоверных измерений в соответствии с общепринятыми стандартами качества. Ниже будут перечислены основные параметры цифровых осциллографов.

Какие бывают типы цифровых осциллографов? Ёлка в вашем осциллографе 🙂

Критерии выбора цифрового осциллографа

1.Полоса пропускания цифрового осциллографа

Системная полоса пропускания цифрового осциллографа определяет главную способность цифрового запоминающего осциллографа измерять аналоговый сигнал – максимальный диапазон частот, в котором обеспечивается точное измерение.


Что необходимо учитывать

  • Осциллографы начального уровня обычно обладают максимальной полосой пропускания 100 МГц. Они могут точно (в пределах 2 %) показывать амплитуду синусоидальных сигналов частотой до 20 МГц
  • Для цифровых сигналов осциллограф должен захватывать основную, третью и пятую гармоники, иначе в осциллограмме будут отсутствовать важные детали. Поэтому для достижения погрешности не более ±2 % полоса пропускания осциллографа с учетом пробника должна, как минимум, в 5 раз превышать максимальную полосу сигнала – «правило пятикратного превышения». Это необходимо и для точного измерения амплитуды
  • Поэтому для высокоскоростных цифровых сигналов, сигналов последовательных шин, видеосигналов и других сложных сигналов может потребоваться осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше
Как выбрать цифровой осциллограф? Определение полосы пропусканияКак выбрать цифровой осциллограф? Определение полосы пропускания

Рис 1. Полоса пропускания определяется как полоса частот, в пределах которой входной синусоидальный сигнал ослабляется осциллографом не более чем до 70,7 % или по уровню –3 дБ (по уровню половинной мощности), как показано на данном рисунке для осциллографа с полосой пропускания 1 ГГц.

При выборе осциллографа — это один из главных факторов.

2. Время нарастания цифрового осциллографа

При работе с аналоговыми схемами основным критерием пригодности осциллографа является полоса пропускания. При исследовании импульсных или многоуровневых сигналов с крутыми фронтами наиболее важно, насколько точно осциллограф измеряет длительность фронта.


Что необходимо учитывать

  • Чем меньше время нарастания осциллографа, тем точнее он может передать тонкие детали быстрых перепадов. Кроме того, этот параметр важен для точного измерения времени
  • Время нарастания определяется, как k/(Полоса пропускания), где k лежит в диапазоне от 0,35 (для осциллографов с полосой <1 ГГц) до 0,40 –0,45 (>1 ГГц)
  • Аналогично полосе пропускания, время нарастания осциллографа должно быть в 5 раз меньше минимальной длительности фронта исследуемого сигнала. Например, для измерения фронта длительностью
    4 нс
    , время нарастания осциллографа должно быть не более 800 пс. Примечание. Как и для полосы пропускания, соблюдение этого простого правила возможно не всегда
  • Для измерения сигналов ТТЛ и КМОП может потребоваться время нарастания 300-400 пс
Характеристики цифровых осциллографов (время нарастания)Характеристики цифровых осциллографов (время нарастания)

Рис 2. Ваш осциллограф должен быть достаточно быстродействующим для точного захвата быстрых переходных процессов.

3. Согласованные пробники

Точные измерения начинаются с наконечника пробника. Полоса пропускания пробника должна соответствовать полосе пропускания осциллографа (с учетом «правила пятикратного превышения»), и при этом пробник не должен создавать излишнюю нагрузку на цепи тестируемого устройства.


Что необходимо учитывать

  • При подключении пробника к тестируемому устройству он становится составной частью измеряемой цепи, внося в нее свое сопротивление, емкость и индуктивность, которые способны повлиять на результаты измерения. Для минимизации такого влияния лучше использовать пробники и осциллографы одного производителя, образующие интегрированное решение
  • Важную роль играет нагрузка на исследуемую цепь. Активная нагрузка стандартного пассивного пробника обычно имеет приемлемое значение 10 МОм и выше. А вот его емкостная нагрузка 10, 12 или даже 15 пФ может создавать серьезные проблемы для измерения на высоких частотах
  • Выбирая осциллограф среднего ценового диапазона, обращайте внимание, чтобы пробники имели входную емкость не более 10 пФ. Лучшие пассивные пробники обладают полосой пропускания 1 ГГц и входной емкостью менее 4 пФ ( Например, Tektronix TPP1000)
Как пользоваться цифровым осциллографов вместе с пробникомКак пользоваться цифровым осциллографов вместе с пробником

Рис 3. Выбирая пробник, подготовьте ответы на следующие вопросы. Что вы планируете измерять – напряжение, ток или и то, и другое? Какова частота исследуемого сигнала? Велика ли амплитуда? Высокое или низкое выходное сопротивление имеет тестируемое устройство? Нужны ли вам дифференциальные измерения? Выбор пробников зависит от того, с какими устройствами и сигналами вы собираетесь работать.

Поэтому, задача не только в том, как выбрать цифровой осциллограф, но и как пользоваться осциллографом.

Используйте несколько пробников. Для начала выберите пассивные пробники с широкой полосой пропускания и малой входной емкостью. Активные несимметричные пробники имеют полосу пропускания от 1-4 ГГц, а дифференциальные – до 20 ГГц и выше. Добавив токовый пробник, вы сможете использовать осциллограф для расчета и отображения мгновенной мощности, активной мощности, полной мощности и фазы. Высоковольтные пробники могут измерять напряжения до 40 кВ пикового значения. Специальные пробники включают логические, оптические, тепловые и др.

4. Сколько нужно каналов для выбора осциллографа?

Цифровые осциллографы оцифровывают сигнал, поступающий на входные аналоговые каналы, а затем сохраняют и отображают полученные значения. Обычно, чем больше каналов, тем лучше, хотя дополнительные каналы увеличивают цену прибора.


Что необходимо учитывать

  • Сколько каналов выбрать – 2, 4, 8 или 16 – зависит от вашего приложения. Два или четыре аналоговых канала позволят измерять и сравнивать временные характеристики сигналов аналоговых устройств, тогда как отладка цифровой системы, использующей параллельную передачу данных, может потребовать 8 или 16 дополнительных каналов, а возможно и больше. Например, осциллограф MSO58 имеет 8 аналоговых или 64 цифровых канала
  • Осциллографы смешанных сигналов предлагают дополнительные цифровые каналы ( цифровой вход осциллографа), которые отображают только два логических уровня и могут представлять их в виде сигнала шины. Комбинированные осциллографы ( например, MDO4104С) имеют отдельный РЧ вход для выполнения высокочастотных измерений в частотной области
  • Какую модель бы вы ни выбрали, все каналы должны обладать достаточным диапазоном частот, линейностью, точностью усиления, равномерностью АЧХ и стойкостью к статическому разряду
  • Некоторые приборы в целях экономии используют общую для нескольких каналов систему дискретизации. Будьте осторожны – в этом случае частота дискретизации может снижаться в зависимости от числа используемых каналов
  • Изолированные каналы упрощают измерения с гальванической развязкой. В отличие от осциллографов с несимметричным входом, «общие» проводники входных каналов могут быть изолированы друг от друга и от «земли». Например, серия осциллографов Tektronix TPS2000B или Rohde & Schwarz Scope Rider
Осциллографы MDO сочетают в себе аналоговые, цифровые и РЧ каналы
Осциллографы MDO сочетают в себе аналоговые, цифровые и РЧ каналы

Рис 4. Комбинированные осциллографы (MDO) не только предлагают аналоговые и цифровые каналы, как и осциллографы смешанных сигналов (MSO), но и имеют отдельный РЧ вход, сигнал которого можно анализировать в частотной области.

5. Частота дискретизации цифрового осциллографа

Частота дискретизации осциллографа подобна частоте кадров видеокамеры. Она определяет количество мелких деталей сигнала, которые может захватить и отобразить осциллограф.

Что необходимо учитывать

  • Частота дискретизации (число выборок в секунду) показывает, насколько часто осциллограф делает выборки сигнала. Как и ранее, рекомендуется придерживаться «правила пятикратного превышения»: частота дискретизации должна не менее чем в 5 раз превышать наивысшую частотную составляющую измеряемого сигнала
  • Минимальная частота дискретизации тоже может иметь важное значение, если нужно исследовать медленно меняющиеся сигналы в течение длительного времени
  • Большинство осциллографов начального уровня имеют максимальную частоту дискретизации от 1 до 2 Гвыб./с, тогда как осциллографы среднего ценового диапазона могут предлагать от 5 до 10 Гвыб./с
  • Чем выше частота дискретизации, тем меньше теряется информации, и тем лучше осциллограф представляет исследуемый сигнал. Но при этом память заполняется быстрее, что ограничивает интервал захвата
Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизацииВыбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизации

Рис 5. Точность отображения сигнала зависит от частоты дискретизации и от используемого метода интерполяции.

Линейная интерполяция соединяет выборки сигнала прямыми линиями, но такой подход ограничен реконструкцией сигналов с прямыми участками.

Интерполяция «sin x/x» представляет собой математический процесс, в котором для заполнения промежутков между реальными выборками рассчитываются дополнительные точки. Эта форма интерполяции хорошо работает для сигналов криволинейной формы и непериодических сигналов, которые в реальных схемах встречаются значительно чаще, чем чистые меандры или импульсы.

Следовательно, интерполяция «sin x/x» более предпочтительна для приложений, где частота дискретизации превышает полосу пропускания системы от 3 до 5 раз.

Для захвата глитчей нужна скорость.  Теорема Котельникова гласит, что для точной реконструкции сигнала частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать его наивысшую частотную составляющую.

Однако это соотношение определяет абсолютный минимум, который применим только к синусоидальным и периодическим сигналам. Глитчи по определению являются непериодическими, поэтому дискретизация с удвоенной частотой наивысшей составляющей обычно недостаточна. Вывод: высокая частота дискретизации повышает разрешение, позволяя увидеть накладывающиеся друг на друга события.

6. Гибкая система запуска

Система запуска обеспечивает стабильное изображение и позволяет выделять конкретные фрагменты сложных сигналов.

Что необходимо учитывать

  • Все осциллографы обеспечивают запуск по фронту, и большинство – по длительности импульса
  • Для захвата специфических аномалий и более эффективного использования длины записи выбирайте осциллограф, имеющий расширенные режимы запуска для более сложных сигналов
  • Чем шире выбор условий запуска, тем выше гибкость использования осциллографа (и тем быстрее вы сможете выявлять причины возникающих проблем):
    • запуск по последовательности событий А и В, задержка по времени или по событиям;
    • запуск по строке или кадру видеосигналов стандартной и высокой четкости;
    • запуск по условию – скорость нарастания, глитч, длительность импульса, время ожидания, рант, время установки и удержания;
    • запуск по сигналам последовательных (I2C, SPI, CAN/LIN, USB …) и параллельных шин
Выбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизацииВыбор цифрового осциллографа исходя из частоты дискретизации

Рис 6. Запуск позволяет начать горизонтальную развертку с нужной точки сигнала, а не просто с того места, где закончилась предыдущая развертка. При однократном запуске происходит захват по всем каналам одновременно.

Расширенные функции запуска помогают найти нужную информацию. Запуск по заданным условиям позволяет выделить определенный участок осциллограммы и обнаружить аномалии. Функции запуска можно настроить на специальные условия во входном сигнале, облегчая, например, обнаружение импульсов, длительность которых меньше заданной

7. Длина записи

Длина записи – это число точек, из которых состоит зарегистрированная осциллограмма. Осциллограф имеет ограниченный объем памяти для записи выборок, поэтому чем больше объем памяти, тем большую длину записи можно получить.

Что необходимо учитывать

  • Время захвата = длина записи / частота дискретизации. Например, при длине записи 1 млн. точек и частоте дискретизации 250 Мвыб./с осциллограф может захватывать сигнал в течение 4 мс. Правильное понимание этого параметра поможет Вам выбрать осциллограф именно под Ваши задачи
  • Современные осциллографы позволяют выбирать длину записи, оптимизируя уровень детализации в соответствии с вашим приложением
  • Хороший осциллограф общего назначения может сохранить более 2000 точек, чего более чем достаточно для стабильного синусоидального сигнала (требующего как минимум 500 точек). Но для отыскания причин аномалий в сложных последовательных потоках данных лучше выбрать осциллограф с цифровым люминофором (DPO) с длиной записи 1 млн. точек или больше.
  • Для регистрации переходных процессов или поиска непериодических сигналов, таких как джиттер, искаженные импульсы или глитчи, выбирайте осциллограф, начиная со среднего ценового диапазона, сочетающий большую длину записи с высокой скоростью обновления осциллограмм.
Длинная память осциллографаДлинная память осциллографа

Рис 7. Поскольку осциллограф может сохранять лишь ограниченное число выборок, временное окно захвата осциллограммы обратно пропорционально частоте дискретизации осциллографа. Время захвата = Длина записи / Частота дискретизации.

Получите полную картину. Достаточно детальный захват для декодирования сигнала шины USB требует высокого разрешения по времени (200 пс). Регистрация нескольких пакетов требует продолжительного времени захвата (200 мкс). Чтобы отобразить и то и другое, нужен осциллограф с большой длиной записи (1 млн. точек).

8. Система навигации и анализа

Поиск определенных аномалий формы сигнала можно сравнить с поиском иголки в стоге сена. Вам понадобятся средства, автоматизирующие этот процесс и ускоряющие получение результата.

Что необходимо учитывать

  • Функция масштабирования и панорамирования позволяет растягивать интересующий участок осциллограммы и перемещать окно обзора назад и вперед по шкале времени
  • Функция воспроизведения и паузы автоматически перемещает окно обзора по осциллограмме. Это позволяет освободить руки и сконцентрироваться на самом сигнале
  • Маркеры позволяют помечать интересующие события. Для быстрого перехода между маркерами и простого измерения временных интервалов можно использовать органы управления передней панели
  • Функция поиска и маркировки позволяет просматривать всю захваченную осциллограмму и автоматически отмечать появления определенных пользователем событий
  • Расширенный поиск позволяет определять различные критерии, аналогичные условиям запуска, в соответствии с которыми будут автоматически обнаруживаться и помечаться события в захваченном сигнале.
Длинная память осциллографаДлинная память осциллографа

Рис 8. Осциллографы с длиной записи в миллионы точек могут выполнять захват в течение длительного времени, что очень важно для исследования сложных сигналов. Расстановка маркеров помогает, например, измерять задержки на шине CAN.

9. Расширенная поддержка приложений

Лучшие осциллографы имеют прикладное программное обеспечение для диагностики оптических и электрических схем и тестирования на соответствие стандартам.

Что необходимо учитывать

  • Приложения для измерения целостности сигнала и джиттера позволяют глубже анализировать проблемы качества сигнала в цифровых системах, выявлять причины их возникновения и оценивать их влияние
  • РЧ приложения предоставляют возможность представления сигналов в частотной области и анализа с помощью спектрограмм и кривых зависимости амплитуды, частоты и фазы от времени.
  • Поддержка отладки встраиваемых систем со смешанными аналоговыми и цифровыми сигналами, параллельными и последовательными шинами, такими как CAN/LIN, I2C, SPI, FlexRay, MOST и другие.
  • Прикладное ПО для учебных заведений: чтобы создавать технологии следующего поколения, студенты, изучающие электронику, должны научиться разбираться в сложных электронных схемах
Длинная память осциллографаДлинная память осциллографа

Рис 9. Устойчиво ли работает ваш импульсный источник питания? Средства автоматического анализа позволяют измерять каждый параметр одним нажатием кнопки, предлагая быстрый и точный анализ области безопасной работы (ОБР), качества питающего напряжения, коммутационных потерь, гармоник, модуляции, пульсаций и скорости нарастания выходного тока и напряжения (di/dt, dv/dt).

10. Простое управление

Осциллографы должны быть просты в управлении даже для неопытных пользователей. Интерфейс пользователя дает существенный вклад во время решения инженерной задачи.

Что необходимо учитывать

  • Часто используемые функции должны иметь отдельные органы управления
  • Кнопки автоматической настройки и сброса к значениям по умолчанию позволяют мгновенно настроить прибор
  • Осциллограф должен иметь быстрый и четкий отклик на органы управления
  • Интерфейс осциллографа должен поддерживать ваш родной язык, включая соответствующие накладки для передней панели
Длинная память осциллографаДлинная память осциллографа

Рис 10. Многие люди пользуются осциллографом не каждый день. Интуитивное управление позволяет даже неопытным пользователям чувствовать себя комфортно, в то же время предлагая опытным пользователям простой доступ к наиболее востребованным функциям. Для использования как в лабораторных, так и в полевых условиях выпускается множество моделей портативных осциллографов.


11.Интерфейсы и возможности расширения

Непосредственное подключение осциллографа к компьютеру или передача данных через сменные носители позволяет выполнять расширенный анализ, упрощает документирование и обмен результатами измерений.

Что необходимо учитывать

  • Обратите внимание на осциллографы, обеспечивающие доступ к рабочему столу Windows, имеющие функции распечатки на сетевом принтере и предоставляющие общий доступ к ресурсам
  • Проверьте, может ли осциллограф использовать программное обеспечение сторонних производителей для анализа, документирования и автоматизации измерений
  • Нужен ли вам доступ в интернет для обмена с коллегами результатами измерений в режиме реального времени?
  • Можно ли расширить возможности осциллографа в соответствии с изменяющимися потребностями? Например, добавить:
    • память для анализа записей большей длины;
    • специальные приложения для измерений;
    • различные пробники и модули;
    • такие принадлежности, как аккумуляторные батареи и комплекты для монтажа в стойку;
    • программное обеспечение для управления осциллографом с компьютера, выполнения
    • автоматических измерений, регистрации и экспорта осциллограмм.
Основные интерфейсы подключения осциллографа: GPIB, RS-232, Ethernet, LXIОсновные интерфейсы подключения осциллографа: GPIB, RS-232, Ethernet, LXI

Рис 11. К стандартным интерфейсам осциллографа относятся GPIB, RS-232, USB, Ethernet, LXI, а также интерфейсы для связи с сетевыми коммуникационными модулями. Интерфейс USB широко используется для сохранения осциллограмм, результатов измерений и наборов настроек на флэш- накопителях. PictBridge позволяет использовать осциллограф в качестве цифровой камеры. Порт VGA обеспечивает подключение внешнего монитора.

… и, наконец, учтите душевный комфорт!

Конечно, приобретая осциллограф, вы заплатите за него определенную сумму, но во что выльются последующие эксплуатационные расходы?

Ознакомьтесь со стоимостью услуг по поддержке прибора, предлагаемых производителем, и оцените, насколько они увеличивают ваши расходы и продлевают срок службы осциллографа.

К таким услугам относятся обучение по месту установки, системная интеграция, управление проектами и другие профессиональные услуги, которые помогут повысить эффективность прибора и позволят выполнять точные и достоверные измерения.

Удобные пакеты дополнительных услуг и такие виды поддержки, как расширенная гарантия, могут сэкономить деньги в долговременной перспективе и избавить от ненужных волнений.

Бюджетные цифровые осциллографы

Осциллографы начального уровня

Осциллографы смешанных сигналов

Продвинутый анализ сигналов

Осциллографы Hi-end класса

  1. Просто позвоните по телефону: +7 (499) 391-90-77
  2. Или напишите на почту: [email protected]

Как выбрать осциллограф | РОБОТОША

Продолжаю, начатую в предыдущей статье серию публикаций, посвященных осциллографам. Сегодня я расскажу о том какие основные типы осциллографов бывают, расскажу об их преимуществах и недостатках, рассмотрю основные характеристики осциллографов и постараюсь дать советы по поводу того, как подобрать инструмент, соответствующий решаемым задачам.

Выбрать новый осциллограф может оказаться довольно сложной задачей, так как в настоящий момент на рынке представлено довольно много моделей. Вот некоторые основные моменты, которые помогут вам принять правильное решение и понять, что вам действительно необходимо.

Перед тем как собраться купить новый осциллограф, постарайтесь ответить для себя на следующие вопросы:

  1. Где вы собираетесь использовать прибор?
  2. Сигналы в скольких точках схемы вам потребуется измерять одновременно?
  3. Какова амплитуда сигналов, которые вы, как правило, измеряете?
  4. Какие частоты присутствуют в измеряемых вами сигналах?
  5. Вам необходимо измерять периодические или одиночные сигналы?
  6. Исследуете ли вы сигналы в частотной области и нужна ли вам функция быстрого преобразования Фурье?

 

Аналоговый или цифровой осциллограф?

Вы можете все еще быть поклонником аналоговых приборов, но в современном цифровом мире их особенности не могут сравниться с возможностями современных цифровых запоминающих осциллографов. Кроме того, в аналоговых моделях может применяться устаревшая технология с весьма ограниченными возможностями. Также могут возникнуть проблемы с наличием запчастей.

Аналоговый осциллограф

Преимуществом аналогового осциллографа является отсутствие шумов, имеющих по свей сути цифровую природу, а именно отсутствует шум АЦП, который проявляется в виде ступенчатой осциллограммы на цифровых приборах. Если для вас очень важна точность в передаче формы исследуемого сигнала, тогда ваш выбор — аналоговый прибор.

Цифровой осциллограф

Преимущества цифрового осциллографа очевидны:

  • Портативность и небольшой вес (хотя, по поводу веса вспомнил высказывание одного из своих университетских преподавателей: «Прибор весящий менее 50 килограммов, провод от которого вы случайно зацепите, точно упадет вам на ногу». Так что вес не для всех является преимуществом )
  • Большая полоса пропускания
  • Возможность измерения одиночного сигнала
  • Дружественный интерфейс
  • Возможно проведение измерений на экране
  • Цветной дисплей
  • Возможность хранения и печати данных
  • Возможность цифровой обработки сигналов (в виде быстрого преобразования Фурье, сложения, вычитания, интегрирования и пр.)
  • Возможность применения к сигналам цифровой фильтрации

Цифровые осциллографы также дают возможность для высокоскоростного сбора данных и могут быть интегрированы в системы автоматического тестирования (актуально для производств).

Также, зачастую цифровые приборы могут включать в одном корпусе дополнительные устройства:

  • Цифровой (логический) анализатор (эти устройства позволяют плюс ко всему анализировать пакеты цифровых данных, например передаваемых через различные интерфейсы I2C, USB, CAN, SPI и прочие)
  • Генератор функций (сигналов произвольной формы)
  • Генератор цифровых последовательносетй

Если осциллограф выполнен в виде переносного устройства, то часто он совмещается с мультиметром, их еще называют скопметрами (иногда очень даже с неплохими характеристиками). Неоспоримыми преимуществами таких устройств являются независимость от питающей сети, компактность, мобильность и универсальность.

Осциллограф-мультиметр (скопметр)

 

USB-осциллографы

Осциллографы на базе ПК, или как их еще называют, USB-осциллографы, становятся все более популярными, поскольку они дешевле традиционных. Используя компьютер, они предлагают преимущества большого цветного дисплея, быстрого процессора, возможности сохранения данных на диск и работы на клавиатуре. Другим большим преимуществом является возможность быстрого экспорта данных в электронные таблицы.

Среди USB-приставок часто попадаются настоящие комбайны, совмещающие несколько устройств в одном корпусе: осциллограф, цифровой анализатор, генератор сигналов произвольной формы и генератор цифровых последовательносетй.

Ценой удобству и универсальности является худшие характеристики, нежели у их автономных собратьев.

Осциллограф-приставка

 

Важные характеристики осциллографов

Разберем на какие характиристики приборов следует обращать внимание при выборе осциллографа.

1. Полоса пропускания (bandwidth)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную полосу пропускания, которая бы захватывала верхние частоты, содержащиеся в измеряемых вами сигналах.

Полоса пропускания  является, пожалуй, наиболее важной характеристикой осциллографа. Именно она определяет диапазон сигналов, которые вы планируете исследовать на экране своего осциллографа, и именно этот параметр, в значительной степени влияет на стоимость измерительного прибора.

АЧХ осциллографа

Для осциллографов с полосой пропускания 1ГГц и ниже, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) устройства представляет из себя, так называемую, гауссовскую АЧХ, которая является АЧХ однополюcного фильтра нижних частот. Этот фильтр пропускает все частоты ниже некоторой  (которая и является частотой пропускания осциллографа) и подавляет все частоты, присутствующие в сигнале, превышающие эту частоту среза.

Частота, на которой входной сигнал ослабляется на 3 дБ считается полосой пропускания осциллографа. Ослабление сигнала на 3 дБ означает примерно 30% амплитудной ошибки! Другими словами, если на входе осциллографа у вас 100 МГц синусоидальный сигнал, а полоса пропускания осциллографа также 100 МГц, то измеряемое напряжение размаха амплитуды величиной в 1В с помощью этого осциллографа составит около 700 мВ (-3 дБ = 20 lg(0.707 / 1.0). По мере того, как частота вашей синусоиды будет повышаться (при сохранении постоянной амплитуды), измеряемая амплитуда понижается. Таким образом, нельзя провести точные измерения сигналов, которые имеют верхние частоты вблизи частоты пропускания вашего осциллографа.

Так как же определить необходимую пропускную полосу прибора? Для измерений чисто аналоговых сигналов необходим осциллограф, который имеет заявленную полосу пропускания, по крайней мере, в три раза выше, чем самые высокие частоты синусоидальных волн, которые вам, возможно необходимо будет измерить. В 1/3 от величины полосы пропускания осциллографа, уровень ослабления сигнала минимален. Для того, чтобы измерить более точно, используйте следующее правило: ширина полосы пропускания, деленная на 3 — это примерно 5% ошибка, а деленная на 5 — 3% ошибка. Другими словами, если вы будете измерять частоты 100МГц, выбирайте осциллограф, по крайней мере, 300МГц, а лучше всего 500МГц. Но, к сожалению, это повлечет за собой увеличение цены…

А как насчет требуемой полосы пропускания для цифровых приложений, где в основном и используются современные осциллографы? Как правило, нужно выбирать осциллограф, который имеет пропускную способность, по крайней мере в пять раз больше, чем частота процессора/контроллера/шины в вашей системе. Например, если максимальная частота в собственных проектах составляет 100 МГц, то вы должны выбрать осциллограф с полосой пропускания 500 МГц и выше. Если осциллограф отвечает этому критерию, он сможет захватить до пятой гармоники с минимальным затуханием сигнала. Пятая гармоника сигнала имеет решающее значение в определении общей формы ваших цифровых сигналов. Рассмотрю пример: 10 мегагерцовый меандр состоит из суммы 10-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 30-ти мегагерцового синусоидального сигнала + 50-ти мегагерцового синусоидального сигнала и т.д. В идеале нужно выбирать прибор, который имеет полосу пропускания не ниже частоты 9-ой гармоники. Так, что если основные сигналы с которыми вы работаете — это меандры, то лучше взять прибор с полосой пропускания не менее 10 кратной частоты ваших меандров. Для меандров 100МГц, выбирайте прибор 1ГГц, но, к сожалению это значительно увеличит его стоимость…

Если вы не будете иметь под рукой осциллограф с надлежащим значением полосы частот, то при исследовании сигналов прямоугольной формы, вы увидите на экране закруглённые углы вместо чётких и ясных краёв, характеризующих высокую скорость нарастания фронта импульса. Совершенно очевидно, что такое отображение сигналов, в целом негативно влияет на точность выполняемых измерений.

Искажения формы сигнала при недостаточной полосе пропускания (на входе — прямоугольный сигнал)

Меандры имеют достаточно крутые временные подъемы и спады. Есть простое правило, чтобы узнать необходимую полосу пропускания для вашего прибора, если эти подъемы и спады важны для вас. Для осциллографа с полосой пропускания ниже 2.5ГГц,  крутой подъем (спад) может измеряться как 0.35, деленное на ширину полосы частот. Так, осциллограф 100МГц может измерять подъем до 3.5нс. Для осциллографа от 2.5ГГц до 8ГГц, используйте 0.4, деленное на ширину полосы частот и для осциллографов выше 8ГГц, используйте 0.42, деленное на ширину полосы частот. Если ваш подъем является начальной точкой для вычислений, то используйте обратную схему: если вам нужно измерить подъем 100пс, вам необходим осциллограф с полосой пропускания 0.4/100пс = 4ГГц.

 2. Частота дискретизации (sample rate)

Выбирайте осциллограф, имеющий достаточную частоту дискретизации по каждому из каналов, для того чтобы обеспечить заявленную полосу пропускания устройства в реальном времени.

Также этот параметр иногда называют частотой выборки или частотой сэмплирования.

Тесно связанной с полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени является его максимально допустимая частота дискретизации. «В реальном времени» означает, что осциллограф может захватывать и отображать единожды полученные (не повторяющиеся) сигналы, соизмеримые с полосой пропускания прибора.

Чтобы перейти к определению частоты дискретизации, необходимо вспомнить теорему Котельникова (на западе больше известна как теорема Найквиста-Шеннона или теорема отсчетов), которая гласит, что в случае,

если аналоговый сигнал имеет ограниченную ширину спектра, то он может быть без потерь однозначно восстановлен по своим отсчетам, взятым с частотой , где  — максимальная частота, которой ограничен спектр сигнала и его можно представить в виде ряда

   

где и интервал дискретизации удовлетворяет условию

Если же максимальная частота в сигнале превышает половину частоты дискретизации, то восстановить сигнал без искажений невозможно.

Ошибочным будет считать, что  — это и есть частота пропускания осциллографа При таком предположении, минимальная требуемая частота дискретизации для осциллографа для заданной полосы пропускания является лишь удвоенной полосой пропускания осциллографа в режиме реального времени.

Искажение частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа равна половине его частоты дискретизации для случая гауссовой АЧХ

как показано на рисунке, это не то же самое, что , если, конечно, фильтр осциллографа не работает как кирпичная стена (не обрезает частоты выше резко до нулевой амплитуды).

Как я уже упоминал, осциллографы с полосой пропускания 1 ГГц и ниже, как правило, имеют гауссову частотную характеристику. Это означает, что, хотя осциллограф ослабляет амплитуду сигнала с частотами выше точки -3 дБ, он не полностью устраняет эти более высокие частотные составляющие. Искаженные частотные составляющие показаны красной штриховкой на рисунке. Поэтому  всегда выше, чем полоса пропускания осциллографа .

Рекомендуется выбирать максимальную частоту дискретизации осциллографа, по крайней мере, в четыре-пять раз выше, чем полоса пропускания оциллографа в режиме реального времени, как показано на рисунке ниже. С таким параметром, восстанавливающий фильтр осциллографа может точно воспроизводить форму высокоскоростных сигналов  с разрешением в диапазоне десятков пикосекунд.

Искаженные частотные составляющие когда полоса пропускания осциллографа определена как ¼ частоты дискретизации прибора

Многие широкополосные осциллографы имеют более резкий срез АЧХ, как на рисунке ниже. Это «максимально плоская» АЧХ. Поскольку осциллограф с максимально плоской АЧХ ослабляет частотные компоненты за пределами гораздо сильнее, и начинает приближаться к идеальной характеристике теоретического фильтра «кирпичная стена», не так много точек выборки требуется для хорошего представления входного сигнала при использовании цифровой фильтрации для восстановления формы сигнала. Для осциллографов с этим типом АЧХ теоретически можно указать полосу пропускания равную .

Искаженные частотные составляющие, когда полоса пропускания осциллографа задана в 1 / 2.5 от частоты его дискретизации для приборов с «максимально плоской» частотной характеристикой.

3.Глубина памяти (memory depth)

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточную глубину памяти для получения самых сложных ваших сигналов с высоким разрешением

Тесно связаной с максимальной частотой дискретизации осциллографа является его максимально возможная глубина памяти. Даже при том, что рекламный буклет с техническими характеристиками осциллографа может заявлять высокую максимальную частоту дискретизации, это не означает, что осциллограф всегда сэмплирует с этой высокой скоростью. Осциллограф производит выборку сигнала на максимальной скорости, когда развертка установлена ​​на одном из быстрых временных диапазонов. Но когда развертка установлена ​​на медленный диапазон, для того, чтобы захватить больший временной интервал, растянув его на экране осциллографа, прибор автоматически уменьшает частоту дискретизации, основываясь на доступной глубине памяти.

Например, давайте предположим, что осциллограф имеет максимальную частоту дискретизации 1 Гигасэмпл/с и глубиной памяти в 10 тысяч точек. Если развертка осциллографа установлена в 10 нс/дел, то для того, чтобы захватить 100 нс сигнала на экране осциллографа (10 нс/дел х 10 секций = 100 нс промежуток времени), осциллографу, нужно всего 100 точек памяти на весь экран. На своей максимальной частоте дискретизации 1 Гигасэмпл/с: 100 нс промежуток времени х 1 Гигасэмпл/с = 100 точек. Нет проблем! Но если вы установите развертку осциллографа на 10 мкс/дел для захвата 100 мкс сигнала, осциллограф автоматически уменьшит свою частоту дискретизации до 100 Мегасэмплов/с (10 тысяч точек  / 100 мкс временной промежуток = 100 Мегасэмплов/с ). Для поддержания большой частоты дискретизации осциллографа на медленных диапазонах времени требуется, чтобы прибор имел дополнительную память. В определении требуемого количества памяти поможет довольно простое уравнение, основанное на самом длинном промежутке времени сложного сигнала, который вы должны захватить и максимальной частотой дискретизации, с которой вы хотите чтобы осциллограф произвел сэмплирование.

Память = Временной интервал x Частота дискретизации

Хотя, вы можете интуитивно думать, больше памяти — всегда лучше, однако, осциллографы с большой глубиной памяти, как правило, стоят дороже. Во-вторых, для обработки длинных сигналов, используя память, требуется дополнительное время. Обычно это означает, что скорость обновления осциллограмм будет снижена, иногда весьма значительно. По этой причине, большинство осциллографов на рынке сегодня имеют ручной выбор глубины памяти, и типичная установка глубины памяти по умолчанию, как правило, относительно небольшая (от 10 до 100 тысяч точек). Если вы хотите использовать глубокую память, то вы должны вручную включить ее и идти на компромисс со скоростью обновления осциллограмм. Это означает, что вы должны знать, когда нужно использовать глубокую память, а когда — нет.

Сегментация памяти

Некоторые осциллографы имеют специальный режим работы под названием «сегментация памяти». Сегментированная память может эффективно расширить время для сбора, путем деления доступной памяти на более мелкие сегменты, как показано на рисунке ниже. Осциллограф затем выборочно оцифровывает только важные части формы исследуемого сигнала с высокой частотой дискретизации и затем устанавливает временные метки, чтобы вы знали точное время между каждым возникновением события запуска. Это позволяет осциллографу захватить много последовательных однократных сигналов с очень коротким временем повторения, при этом не пропуская важную информацию. Этот режим работы особенно полезен при захвате вспышек сигнала. Примерами сигналов импульсного типа являются импульсный радар, вспышки лазера, а также пакетированные сигналы последовательной шины данных.

Специальный режим работы осциллографа с сегментацией памяти

4. Количество каналов

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточное количество каналов для того, чтобы производить критичные по времени измерения, между коррелированными (связанными) между собой сигналами.

Число необходимых каналов в осциллографе будет зависеть от того, какое количество сигналов вам требуется одновременно наблюдать и сравнивать между собой. Сердцем большинства встраиваемых систем, на сегодняшний день, является микроконтроллер (MCU), как упрощенно показано на рисунке ниже. Многие микроконтроллерные системы, на самом деле, являются устройствами смешанных сигналов с несколькими аналоговыми, цифровыми сигналами и последовательными шинами ввода/вывода для взаимодействия в внешним миром, который, по своей природе, всегда аналоговый.

Типичная схема микроконтроллерной системы

Сегодняшние конструкции смешанных сигналов становятся все более сложными, поэтому может потребоваться больше каналов в осциллографе для их захвата и отображения. Двух и четырехканальные осциллографы являются сегодня востребованными. Увеличение числа каналов с 2 до 4 не приводит к двукратному увеличению цены прибора, но все же цена растет ощутимо. Два канала — оптимально, большее число каналов — зависит от ваших потребностей и финансовых возможностей. Более четырех аналоговых каналов встречается очень редко, но есть и другой интересный вариант — это осциллограф смешанных сигналов.

Осциллографы смешанных сигналов объединяют в себе все измерительные возможности осциллографов с некоторыми возможностями логических анализаторов и анализаторов протоколов последовательных шин.  Наиболее важной является способность этих приборов одновременно захватывать несколько аналоговых и логических сигналов с одновременным отображением формы этих сигналов. Представьте это, как наличие нескольких каналов с высоким разрешением по вертикали (обычно 8 бит) плюс несколько дополнительных каналов с очень низким разрешением по вертикали (1 бит).

На рисунке ниже приведен пример захвата сигнала входа цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) при помощи цифровых каналов осциллографа, одновременно с мониторингом выхода сигнала ЦАП при помощи одного аналогового канала. В этом примере, осциллограф смешанных сигналов настроен таким образом, что он запускается, если логическое состояние входа ЦАП примет самое низкое значение 0000 1010.

Осциллограф смешанных сигналов может захватывать и отображать множество аналоговых и цифровых сигналов одновременно, обеспечивая общую картину коррелированных процессов

5. Скорость обновления осциллограмм

Выбирайте осциллограф, который имеет достаточно высокую скорость обновления сигнала для того, чтобы захватить случайные и редкие события, для более быстрой отладки проектов

Скорость обновления осциллограмм может быть также важна, как и уже рассмотренные нами пропускная способность, частота дискретизации и глубина памяти,  хотя этот параметр часто упускается из виду при сравнении различных осциллографов перед покупкой. Даже при том, что скорость обновления сигнала осциллографа может казаться высокой при просмотре повторно захваченных сигналов на дисплее вашего осциллографа, эта «высокая скорость» является относительной. Например, обновление в несколько сотен сигналов в секунду, конечно достаточно быстро, но c точки зрения статистики, это может оказаться недостаточным, чтобы захватить случайное или редкое событие, которое может произойти только один раз на миллион захваченных сигналов.

При отладке новых проектов, скорость обновления осциллограмм может иметь решающее значение — особенно, когда вы пытаетесь найти и отлаживать редкие или прерывистые проблемы. Рост скорости обновления осциллограмм увеличивает вероятность захвата осциллографом «призрачных» событий.

Неотъемлемой характеристикой всех осциллографов является «мертвое время» (dead-time) или «слепое время» (blind time). Это время между каждым повторяющимся захватом сигнала осциллографом, в течение которого он обрабатывает ранее зарегистрированный сигнал. К сожалению, «мертвое время» осциллографа может иногда быть на несколько порядков больше, чем время захвата. В течение мертвого времени осциллографа, любая сигнальная активность, которая может произойти, будет пропущена, как показано на рисунке ниже. Обратите внимание на пару сигнальных выбросов, которые произошли во время простоя осциллографа, а не во время захвата (acquisition time).

Время захвата и «мертвое время» осциллографа

Из-за «мертвого времени», захват случайных и редких событий с помощью осциллографа становится азартной игрой — так же, как бросание игральных костей. Чем большее число раз вы бросите кости, тем выше вероятность получения определенной комбинации чисел. Точно так же, чем чаще обновляются сигналы осциллографа для заданного времени наблюдения, тем выше вероятность захвата и просмотра неуловимого события, о существовании которого вы даже можете по подозревать.

На рисунке ниже, показан выброс, который происходит примерно 5 раз в секунду. Некоторые осциллографы имеют максимальную скорость обновления сигнала более 1 миллиона осциллограмм в секунду, и такой осциллограф имеет 92% вероятность захвата этого выброса в течение 5 секунд. В этом примере, осциллограф захватил выброс несколько раз.

Регистрация выбросов в осциллографе со скоростью 1 миллион обновлений сигнала в секунду

Для осциллографов с обновлением 2-3 тысячи раз в секунду, вероятность захвата таких выбросов в течение 5 секунд составляет менее 1%.

6.Триггер

Выбирайте осциллограф, имеющий различные типы запуска, которые могут понадобиться, чтобы помочь выделить захват сигнала на самых сложных сигналах.

Если запуск развертки осциллографа никак не связан с исследуемым сигналом, то изображение на экране будет бежать или быть смазанным. В этом случае осциллограф отображает различные участки наблюдаемого сигнала на одном и том же месте. Для получения стабильного изображения все осциллографы содержат систему, называемую триггером. Триггер задерживает запуск развертки осциллографа до тех пор, пока не будут выполнены определенные условия.

Возможность триггерного запуска является одной из важнейших сторон осциллографа. Триггерный запуск позволяет синхронизировать захват осциллографом сигнала и отображать отдельные части сигнала. Вы можете представить триггерный запуск осциллографа как синхронизированное выполнение снимков.

Наиболее распространенным типом запуска осциллографа является срабатывание при пересечении определенного уровня. Например, запуск по фронту канала 1, когда сигнал пересекает определенный уровень напряжения (уровень запуска) в положительном направлении, как показано на рисунке ниже. Все осциллографы имеют такую возможность, и это, вероятно, наиболее часто используемый тип запуска. Но, по мере усложнения цифровых проектов, вам, возможно, потребуется дополнительно определять/фильтровать запуск осциллографа специфическими комбинациями входных сигналов для того, чтобы захватывать сигнал «в нуле», а также просматривать нужную часть сложного входного сигнала.

Запуск осциллографа по фронту цифрового импульса

Некоторые осциллографы имеют возможность запуска по импульсам, с конкретными временными характеристиками. Например, запускаться только тогда, когда импульс шириной менее 20 нс. Этот тип запуска (с уточненной шириной импульса) может быть очень полезен для запуска на непредвиденных сбоях.

Другой тип запуска, который применяется в большинстве современных осциллографов, это запуск по шаблону. Режим запуска по шаблону позволяет настроить триггер осциллографа на запуск по логической/булевой комбинации высоких уровней (единиц) и низких уровней (нулей) в двух или более входных каналах. Это может быть особенно полезным при использовании осциллографа смешанных сигналов, который может иметь до 20 аналоговых и цифровых каналов.

Более продвинутые осциллографы даже обеспечивают запуск, который синхронизируется сигналами, имеющими параметрические нарушения. Другими словами, осциллограф запускается, только если входной сигнал нарушает конкретное параметрическое состояние, такое как снижение амплитуды импульса («запуск коротышкой»), нарушение скорости края (времени нарастания/спада), или, возможно, нарушения времени длительности периода данных (триггер времени установки и удержания).

На рисунке ниже показан запуск осциллографа положительным импульсом с уменьшенной амплитудой, используя режим запуска «коротышкой». Если это импульс-коротышка происходит только один раз за миллион циклов импульсов цифрового потока, то захват этого сигнала, используя стандартный запуск по фронту, это все равно что поиск иголки в стоге сена. Также возможно производить запуск отрицательными «коротышками», а также импульсами-коротышками с определенной длительностью.

Запуск осциллографа импульсом-коротышкой

7. Работа с последовательными интерфейсами

Последовательные интерфейсы, такие как I2C, SPI, RS232/UART, CAN, USB и т.д., широко распространены во многих современных разработках, использующих цифровые и смешанные сигналы. Для проверки правильности передачи сообщения по шине, а также для аналоговых измерений сигнала требуется осциллограф. Многие специалисты для проверки последовательной шины при помощи осциллографа, используют методику, известную как «визуальный подсчет битов». Но этот ручной метод декодирования последовательной шины достаточно трудоемок и приводит к частым ошибкам.

Многие из современных цифровых осциллографов и осциллографов смешанных сигналов имеют дополнительные возможности по декодированию протокола последовательной шины и триггерного запуска. Если вы планируете плотно работать с последовательной шиной, то обратите внимание на осциллографы, которые могут декодировать и запускаться данными с последовательной шины, что может значительно сэкономить ваше время при отладке устройств.

8. Измерения и анализ сигналов

Одним из основных преимуществ современного цифрового запоминающего осциллографа, по сравнению с аналоговыми приборами, является возможность выполнять различные автоматические измерения и производить анализ оцифрованных сигналов. Практически все современные цифровые осциллографы имеют возможность ручных курсорных/маркерных измерений, а также минимальный набора автоматических измерений параметров импульса, таких как время нарастания, время спада, частоту, длительность импульса, и т.д.

В то время, как для измерений параметров импульса обычно выполняются временные или амплитудные измерения амплитуды для небольшой части сигнала, то чтобы обеспечить «ответ», например, времени нарастания или размаха напряжения, математические функции осциллографа выполняют математическую операцию по всей осциллограмме или пары сигналов для получения еще одного сигнала.

На рисунке ниже показан пример математической функции быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое было применено к тактовому сигналу (желтая кривая). БПФ перевело сигнал в частотную область (серая кривая), которая изображает по вертикальной оси амплитуду в дБ в зависимости от частоты в Гц по горизонтальной оси. Другие математические операции, которые можно выполнять для оцифрованных сигналов — суммирование, разность, дифференцирование, интегрирование и т.д.

БПФ для сигнала цифрового таймера

Хотя математические функции над сигналом также можно выполнить в автономном режиме на ПК (например в MatLab), имея такую встроенную в осциллограф возможность можно не только упростить выполнение этих операций, но и понаблюдать за поведением сигнала в динамике.

9. Осциллографические пробники (измерительные щупы)

Качество измерений очень сильно зависит от того, что за пробник вы подключили к BNC-входу осциллографа. Когда вы подключаете любую измерительную систему к исследуемой схеме, измерительный прибор (и щуп) становится частью тестируемого устройства. Это означает, что можно «нагрузить» или изменить в некоторой степени поведение ваших сигналов. Хорошие щупы не должны нарушать входной сигнал и в идеале должны передать в осциллограф точный дубликат сигнала, который присутствовал в точке измерения.

Измерительный щуп осциллографа

Когда вы покупаете новый осциллограф, то он, как правило, поставляется со стандартным набором щупов с высоким входным сопротивлением — один пробник для каждого входного канала осциллографа. Эти типы пассивных щупов общего назначения являются наиболее распространенными и позволяют измерять широкий диапазон сигналов относительно земли. Но эти щупы имеют некоторые ограничения. На рисунке ниже показана эквивалентная схема типичного 10:1 пассивного щупа, подключенного к высокоомному входу осциллографа (вход осциллографа 1МОм).

Типичная модель пассивного пробника 1:10

Паразитные емкости присущи всем осциллографическим пробникам и входам. Они включают в себя емкость кабеля пробника Скабеля, а также входную емкость осциллографа Сприбора. «Паразитный» означает, что эти элементы в модели не специально созданы, а являются прискорбным фактом в мире электроники.  Величина паразитной емкости будет изменятся от осциллографа к осциллографу и от пробника к пробнику. Используемый в этой модели встроенный компенсационный конденсатор, предназначен для компенсации емкости в случае низкачастотного импульсного отклика.

Электрическая модель любого пробника (пассивного или активного) и осциллографа может быть упрощена до комбинации одного резистора и одного конденсатора, подключенных параллельно. На рисунке ниже показана типичная схема замещения осциллограф/пробник для 10: 1 пассивного щупа. Для низких частот или для постоянного тока, в нагрузке преобладает сопротивление 10МОм, которое, в большинстве случаев, не должно стать проблемой. Хотя 13.5 пФ не кажется большой емкостью, на высоких частотах нагрузка, полученная при помощи этой емкости, может быть значительной. Например, на частоте 500 МГц реактивное сопротивление конденсатора емкостью 13.5 пФ в этой модели составляет 23.6 Ом, которые уже являются значительной нагрузкой и может привести к искажению сигнала.

Упрощенная электрическая модель пробник-осциллограф

Для высокочастотных измерений необходимо использовать активные щупы. «Активный» означает, что пробник включает в себя усилитель, расположенный за наконечником щупа. Он позволяет существенно уменьшить емкостную нагрузку и увеличить полосу пропускания для пробника.  К недостаткам высокочастотных активных пробников можно отнести их динамический диапазон, а также их стоимость.

Есть и другие специальные измерительные задачи, о которых хотелось бы упомянуть. Если вам нужно произвести измерения на высокоскоростной дифференциальной последовательной шине, то вы должны рассмотреть возможность использования высокочастотного дифференциального активного пробника. Если вам нужно померить сигналы, имеющие очень высокое напряжение, вам понадобится специальный пробник, рассчитанный на высокое напряжение. Если вам нужно измерить ток, вы должны рассмотреть возможность использования датчика тока.

 

Если вы дочитали до этих строк, то, наверное уже поняли, что к выбору осциллографа нужно подходить достаточно серьезно, иначе это может привети к тому, что купленный дорогостоящий измерительный прибор не сможет помочь вам решать ваши задачи. Надеюсь, смог вам помочь в понимании процесса выбора осциллографа.

 


Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Цифровой осциллограф:10 шагов при выборе

Техника измерений

Главная  Статьи, аналитика  Техника измерений



Оглавление

В связи с появлением на рынке цифровых осциллографов различных производителей, выбор даже такого известного каждому инженеру прибора становится непростой задачей. При этом простое сравнение характиристик и возможностей осциллографов различных производителей может не дать ответа на вопрос, какой прибор лучше подойдет для решения ваших конкретных задач.

Процедура, описанная ниже, предназначена помочь вам как потенциальному покупателю сделать «правильный» выбор, избежав многих характерных ошибок. Следование данному алгоритму поможет вам оценить каждый прибор объективно.

При выборе осциллографа первый вопрос, который вас, возможно, интересует — это стоимость прибора. Стоимость цифровых осциллографов зависит от многих параметров, таких как, например, полоса пропускания, частота дискретизации, число каналов, объем памяти и т.д. Если при выборе прибора, вы будете ориентироваться только на его цену, то вы возможно не будете удовлетворены его остальными параметрами. Наоборот, подумайте о ценности прибора, исходя из его

Шаг 1. Какой выбрать: аналоговый или цифровой?

Цифровые и аналоговые осциллографы имеют свои достоинства и недостатки. Постоянное совершенствование цифровых технологий позволило создать цифровые приборы более мощными и производительными по сравнению со своими аналоговыми собратьями. Кроме этого, разница в стоимости постоянно сокращается и цифровые осциллографы становятся все более и более доступными по цене.

Ниже перечислены достоинства и недостатки цифровых и аналоговых осциллографов.

Достоинства аналоговых осциллографов

  • знакомый интерфейс
  • мгновенное обновление экрана при отображении быстро- изменяющихся сигналов во времени
  • прямые, понятные средства управления для часто используемых настроек (коэффициент чувствительности, коэффициент развертки, смещение сигнала, уровень запуска и т.д.)
  • Шнизкая стоимость

Недостатки аналоговых осциллографов

  • низкая точность
  • мерцаниие и/или тусклость экрана в зависимости от частоты сигнала и коэффициента развертки
  • нет возможности отображения сигнала до запускающего момента
  • ограниченная полоса пропускания
  • высокая эксплуатационная стоимость
  • ограниченные средства измерения параметров сигналов.

Достоинства цифровых осциллографов

  • возможность «замораживания» изображения на произвольное время
  • высокая точность измерений
  • широкая полоса пропускания
  • яркий, хорошо сфокусированный экран на любой скорости развертки
  • возможность отображения сигнала до запускающего момента (в «отрицательном» времени)
  • возможность обнаружения импульсных помех
  • автоматические средства измерения параметров сигналов
  • возможность подключения к компьютеру, принтеру или плоттеру
  • возможности математической и статистической обработки сигнала
  • средства самодиагностики и самокалибровки

10 шагов при выборе «правильного» цифрового осциллографа

Рис. 1 10 шагов при выборе «правильного» цифрового осциллографа

Недостатки цифровых осциллографов

  • более высокая стоимость
  • более сложные в управлении

Если, взвесив все достоинства и недостатки аналоговых и цифровых приборов, вы решите, что только цифровые осциллографы имеют все необходимое для выполнения поставленной задачи, следуйте далее.

Шаг 2. Определите необходимую полосу пропускания

Приборы, которые измеряют переменные сигналы, имеют некоторую максимальную частоту, выше которой точность измерения начинает ухудшаться. Эта частота определяет полосу пропускания прибора и обычно определяется, как частота, на которой амплитуда сигнала уменьшается на ЗдБ. Необходимая вам полоса пропускания определяется тем, какие сигналы вы собираетесь измерять и с какой точностью вы хотите получать результаты.

Для каждого цифрового осциллографа характерны две принципиально разные полосы пропускания: полоса для повторяющихся сигналов (или аналоговая), и полоса для однократных сигналов. Многие цифровые осциллографы имеют полосу пропускания для повторяющихся сигналов гораздо более высокую, чем, казалось бы, может обеспечить их частота дискретизации. Однако, если сигнал повторяется, то осциллографу не обязательно оцифровывать весь сигнал за один запуск. Осциллограф может воспроизвести такой сигнал за несколько запусков, каждый раззахватывая и отображая на экране только часть сигнала. (Этот процесс протекает обычно настолько быстро, что его очень трудно заметить). Таким образом, полоса пропускания повторяющихся сигналов не зависит от частоты дискретизации. Эта характеристика аналоговых усилителей цифрового осциллографа. Полоса пропускания для однократных сигналов применима только для непериодических (или однократных) сигналов, которые захватываются и оцифровываются осциллографом за один такт. В этом случае полоса для однократных сигналов зависит от частоты дискретизации данного осциллографа. Соотношение между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов может изменяться. Если осциллограф имеет встроенные средства интерполяции, тогда это соотношение равно 4:1. В противном случае, чаще всего используется соотношение 10:1.

См. шаг 4 для дополнительной информации по частоте дискретизации.

Многие сигналы содержат частотные составляющие, которые по частоте во много раз превышают основную частотную составляющую исследуемого сигнала. Например, прямоугольный сигнал содержит частотные составляющие, которые, по крайней мере, в десять раз больше по частоте по сравнению с основной частотной компонентой. Осциллографы с большей полосой пропускания предоставят более детальную информацию об этих высокочастотных составляющих.

Копии экранов, изображенные в этом столбце, показывают один и тот же 50МГц прямоугольный сигнал, отображенный на четырех цифровых осциллографах с различной полосой пропускания.

Осциллограф с полосой пропускания 500МГц дает наиболее полную информацию о сигнале и имеет наилучшее воспроизведение фронтов сигнала. Осциллограф с полосой 150МГц воспроизводит сигнал со срезанными высокочастотными составляющими. Фронты сигналов кажутся более длинными, чем они есть на самом деле. Осциллограф с полосой 100МГц еще сильнее замедляет фронты. Кроме этого, заметьте уменьшение амплитуды. Когда сигнал отображается осциллографом с полосой меньшей, чем основная частотная составляющая прямоугольной волны, результирующий сигнал становится еще более искаженным.

Как правило, полоса пропускания осциллографа должна быть по крайней мере в три раза больше по частоте по сравнению с основной частотной исследуемого сигнала.

Даже еще большая полоса требуется для осциллографа для получения более высокой точности результатов. Чтобы провести точные измерения амплитуды, полоса пропускания осциллографа должна быть в десять раз больше, чем частота измеряемого сигнала.

Обычно справедливо следующее соотношение между длительностью фронта и частотной полосой сигнала:

Тг = 0.35 / ЗдБ-полоса (в Гц)

Для измерений временных параметров справедливо следующее правило: чем больше соотношение длительности фронта сигнала и фронта осциллографа, тем меньше ошибка измерения. См. таблицу ниже.

Соотношение Тг сигнала к Тг осциллографа Вычисленная ошибка
1:1 41.4%
3:1 5.4%
5;1 2.0%
10:1 0.5%

Короче говоря, чем больше полоса пропускания вашего осциллографа (тем короче фронт), тем более точными будут результаты измерений.

Некоторые полезные замечания:

  • На точность результатов измерений также влияют параметры пробников
  • спецификациях на некоторые осциллографы указываются наилучшие значения полосы пропускания для определенных диапазонов чувствительности
  • Полоса пропускания цифровых осциллографов имеют полосу до 50ГГц.

Шаг 3. Определите необходимое количество каналов

Количество необходимых каналов зависит от исследуемого изделия. Двухканальные осциллографы наиболее популярные модели. Однако, многие инженеры также считают четырехканальные осциллографы полезными для решения широкого круга задач.

Некоторые замечания:

  • Требуется ли Вам захватывать сигналы по нескольким каналам одновременно? Если да, выбирайте осциллограф с одновременным запуском или раздельными АЦП для каждого канала. Если исследуемые сигналы повторяются, одновременный сбор данных по каналам не требуется.
  • Некоторые осциллографы, обозначенные в спецификации «2+2», имеют 2 основных канала и 2 дополнительных канала с ограниченной чувствительностью. В таком осциллографе имеется только 2 АЦП. Дополнительные каналы могут использоваться, например, для анализа цифровых сигналов.
  • На двухканальных осциллографах отдельный канал внешнего запуска бывает полезен, потому что в этом случае не требуется использовать основной канал для внешней синхронизации.
  • Если вы выполняете измерения временных параметров на цифровых каналах и обнаруживаете, что 4 канала недоставточно, то подумайте о приобретении логического анализатора. Хотя логические анализаторы проигрывают в разрешении по напряжению, они имеют большое число каналов и дополнительные возможности по запуску прибора и обработки информации.

Шаг 4. Определите необходимую частоту дискретизации

Для задач, связанных с измерением однократных или переходных процессов, частота дискретизации имеет первостепенное значение. Параметр «частота дискретизации» обозначает скорость, с которой осциллограф может оцифровывать входной сигнал. Более высокая частота дискретизации переводится в более широкую полосу пропускания для однократных сигналов и дает лучшее разрешение.

Большинство осциллографов соотношение дискретизации производителей используют между частотой и полосой для однократных сигналов на уровне 4:1 (если есть средства интерполяции) или 10:1 (без средств встроенной интерполяции) для предотвращения искажений сигнала или появления ложных сигналов.

Некоторые осциллографы имеют возможность настраивать частоту дискретизации и количество информации, отображаемой на экране осциллографа, независимо. Это позволяет поддерживать требуемое разрешение сигнала на экране.

Некоторые замечания:

  • Указанная в спецификации частота дискретизации может относиться к характеристикам только одного канала. Некоторые осциллографы уменьшают частоту дискретизации, когда задействуются несколько каналов одновременно. Это увеличивает вероятность появления искаженных сигналов, если учитывать зависимость между частотой дискретизации и полосой пропускания для однократных сигналов.
  • Поскольку память осциллографа ограничена по объему, большинство осциллографов работают на максимальной частоте дискретизации только на самых быстрых скоростях развертки. На медленных скоростях развертки частота дискретизации автоматически уменьшается.
  • Когда исследуются однократные сигналы, объем памяти осциллографа имеет равнозначную значимость по сравнению с частотой дискретизации. Если требуется исследовать длительную последовательность импульсов, то потребуется осциллограф с большим объемом памяти, чтобы зафиксировать весь сигнал с необходимым разрешением.
  • Частота дискретизации не связана с частотой обновления экрана

Шаг 5. Определите необходимый объем памяти

Требуемый объем памяти зависит от общей длительности сигнала, которого необходимо исследовать, и желаемого разрешения. Если необходимо исследовать продолжительные по времени сигналы с высоким разрешением, то потребуется память большего объема. Это позволит поддержать более высокую частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки, уменьшая, тем самым, вероятность искажения сигнала и получая больше информации об исследуемом сигнале.

Подсчитать требуемый объем памяти можно исходя из следующего соотношения:

Объем памяти = промежуток времени (с) / разрешение (с)

Недостаток осциллографа с большим объемом памяти заключается в том, что большой объем памяти может сильно замедлить реакцию такого осциллографа на действия оператора или изменение входного сигнала. Это, в свою очередь, сделает такой осциллограф очень неудобным в эксплуатации и непрактичным для решения многих задач.

Шаг 6. Определите требуемые возможности по запуску прибора

Для большинства пользователей осциллографов общего назначения запуск по фронту (перепаду) бывает достаточным. Однако для решения более сложных задач могут потребоваться дополнительные возможности по запуску. Для применений, связанных с цифровыми устройствами, может потребоваться возможность запуска по комбинации логических состояний по всем каналам осциллографа. Кроме этого, запуск по логическому состоянию позволяет синхронизировать комбинацию логических состояний с фронтом тактового сигнала. Запуск по импульсной помехе позволит запустить прибор по нарастающему или спадающему фронту импульсной помехи с длительностью меньшей, равной или большей определенной величины. Такая возможность позволяет решить две важные проблемы, возникающих при разработке, отладке или наладке аналого-цифровых или цифровых устройств — во первых, вы сможете увидеть, когда происходят импульсные помехи, а во-вторых, понять почему возникают импульсные помехи и что является их источником, анализируя сигналы до момента запуска осциллографа. Если требуются более расширенный диапазон возможностей по запуску, вам необходимо будет уже использовать логический анализатор.

Возможность запуска по телевизионному или видео-сигналу позволяет настроить прибор на определенный кадр или строку такого сигнала. На некоторых осциллографах этот вид запуска не является стандартной возможностью, а заказывается отдельно.

Шаг 7. Определите требуемые возможности по обнаружению импульсных помех

Ниже указаны три важнейших фактора, влияющих на способность осциллографа обнаруживать импульсные помехи.

Частота отображения сигналов на экране:

Цифровые осциллографы сначала должны оцифровать входной сигнал, затем его обработать и, наконец, воспроизвести на экране. Частота отображения сигналов на экране определяется как частота выполнения этих трех операций. Осциллограф с высокой частотой обновления экрана имеет больше шансов обнаружить редкие по природе импульсные помехи. Осциллографы с многопроцессорной архитектурой могут иметь частоту обновления экрана, превышающую в несколько раз частоту обновления экрана традиционных однопроцессорных осциллографов. Это делает такие осциллографы еще более пригодными для обнаружения импульсных сигналов. Многопроцессорная архитектура позволяет достичь пропускную способность экрана и скорость ответной реакции осциллографа сравнимые с возможностями аналоговых осциллографов.

Возможности определения амплитуды: Большинство цифровых осциллографов могут уменьшать частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки путем простого игнорирования промежуточных выборок. Это приводит к тому, что короткие импульсы или помехи, которые видны на быстрых скоростях развертки, могут исчезать, когда уменьшается скорость развертки. Специальный режим, называемый «режим обнаружения пиковой амплитуды» или «режим обнаружения помех», позволяет поддерживать частоту дискретизации на максимальном уровне на всех скоростях развертки. В этом случае в память записываются минимальные и максимальные значения выборок сигнала. Минимальный импульс, который может быть обнаружен, является функцией частоты дискретизации осциллографа.

Возможности запуска по импульсной помехе: Осциллографы с возможностями запуска по импульсной помехе позволяют пользователю изолировать труднообнаруживаемые импульсные помехи и производить запуск осциллографа по этим помехам. Это дополнительная возможность поможет найти причину ненормальной работы исследуемой схемы.

См. Шаг 6 для дополнительной информации по возможностям запуска.

Шаг 8. Определите требуемые возможности анализа сигналов

Функции автоматических измерений и встроенные средства анализа сигналов могут значительно съэкономить ваше время и сделать работу более легкой.

Цифровые осциллографы часто предоставляют целый набор функциональных возможностей, которые невозможны на аналоговых осциллографах.

Математические функции включают добавление, вычитание, умножение, деление, интеграцию и дифференцирование. Статистика измерений (минимальное, максимальное и среднее) может вам дать представление о точности измерений, а также имеет важное значение, когда исследуются временные параметры зашумленных сигналов. Некоторые цифровые осциллографы предоставляют возможность анализа сигналов в частотной области с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Осциллографы со всеми этими возможностями могут также стоить гораздо больше, поэтому потенциальный покупатель должен определить, стоит ли тратить дополнительные средства на эти возможности. Пусть решаемый круг задач подскажет правильное решение при выборе осциллографа.

Шаг 9. Определите требуемые возможности по документации результатов измерений

Большинство цифровых осциллографов могут взаимодействовать с персональным компьютером, принтером или плоттером через GP-IB интерфейс, RS-232 или Centronics. Вам необходимо определить, какой интерфейс доступен и какие принтеры совместимы. Необходимо помнить, что распечатки с лазерного или струйного принтера гораздо лучше по качеству по сравнению с традиционными матричными принтерами.

Вам также необходимо обратить внимание на цифровые осциллографы с дисководом гибких дисков или программным обеспечением, которое позволит быстро перенести изображение сигналов и данные сигналов в компьютер для дальнейшей обработки, не требуя специального программирования. Эти возможности позволят съэкономить время, когда, например, требуется вставить изображение с экрана осциллографа в отчет или скопировать данные сигналов в электронную таблицу.

Шаг 10. Попробуйте приборы, которые подходят для решения задач

Пройдя через 9 предыдущих шагов, возможно, ваше поле выбора значительно сузилось до ограниченного количества моделей, каждая из которых удовлетворяет вашим требованиям. Теперь вам необходимо испытать эти модели и провести сравнение этих моделей между собой.

На что следует обращать внимание во время испытаний приборов?

Простота использования: Во время испытаний оцените простоту использования каждой модели. Есть ли на передней панели специальные ручки для наиболее частых настроек, например, чувствительности, скорости развертки, положения сигнала или уровня запуска? Сколько кнопок требуется нажать, чтобы перейти от одной функции к другой? Возможно ли интуитивно управлять прибором в то время, когда основное внимание уделяется исследуемой схеме?

Скорость реакции экрана Выбирая осциллограф, пользователь должен обратить внимание на скорость реакции осциллографа. Это важный фактор в тех случаях, когда осциллограф используется для поиска неисправностей схемы. Насколько быстро сменяется изображение на экране осциллографа, когда меняются такие установки, как чувствительность, коэффициент развертки или положение сигнала? Попробуйте включить некоторые функциональные возможности и оценить скорость реакции прибора. Сильно ли замедлена при этом рабта осциллографа?

Обдумав все эти вопросы и оценив все модели, вы уже можете решить, какая модель наиболее полно удовлетворяет вашим потребностям. Однако, если остается некоторая неуверенность, необходимо обсудить вопрос выбора с другими инженерами или обратиться в представительство компании производителя определенной модели, где на ваши вопросы ответят профессионалы.

Дата публикации: 06.12.2006

Оглавление

Рекомендуем к данному материалу …


Мнения читателей
  • Колян / 06.04.2017 — 02:14
    Никогда не покупайте цифровые осциллографы!Это полное дерьмо!…Годятся они толькодля синусоиды и то…Нормальных цифровых осциллографов на рынке не в открытом досупе да и цена на них свыше 100000 долларов.
  • серж / 24.01.2016 — 12:56
    Вся цифра это полная фигня и развод на деньги!АНАЛОГОВЫЕ РУЛЯТ!!!
  • Сергей / 02.05.2015 — 13:08
    Присоединяюсь к Илье. Лично я не видел чтобы цифровой осцил не шумел и адекватно отражал шумы схемы. Несколько раз пытался купить, но в продвинутом магазине мне не показали ни одного экземпляра, ацп которого не шумел бы. А при ремонте и отладке главное требование к осцилу — достоверность отображаемой информации. Пока все плюшки цифры лично для меня не перекрывают их недостатков.
  • Владимир / 22.01.2014 — 13:10
    Очень полезная и нужная статья для начинающих радиолюбителей, мечтающих о своей измирительной аппаратуре. Спасибо!
  • Илья / 05.12.2012 — 06:36
    Вы сравниваете дорогой цифровой осциллограф со всеми аналоговыми… АЦП всех дешевых цифр. осц. шумят, плюс наводки и например адекватные шумы по питанию если нет 400-800т.р. на цифр. осц. вы не увидете, можно смотреть только на аналоговом.
  • Игорек / 17.11.2012 — 12:21
    Тащишь чувак!
  • profisop / 25.09.2012 — 14:48
    Спасибо, очень хорошая статья.Обязательно воспользуюсь ей.
  • Игорь / 14.05.2012 — 14:16
    Толково! Спасибо!
  • delll / 14.10.2011 — 19:31
    МолодЕц!Ствтья оч. хор.
  • Валерий / 30.08.2011 — 20:49
    Рад, что нашел и прочитал нормальную статью, написанную правильным классическим техническим языком. Потому что на других сайтах сплошь некомпетентный сленг. Я как раз собираю информацию о современных цифровых осциллографах, чтобы какой- то выбрать для покупки . С8-17 которым пользовался 20 лет в принципе меня устраивал. Но его вес для моего возраста великоват . А носить с собой на разные заводы приходится.Нигде в описаниях и в советах не нашел ответ на вопрос: могу ли я цифровым осциллографом измерить переменные напряжения частотой до 10кгц и амплитудой вольт 800-1000. (силовой процесс на тиристорах в тиристорных преобразователях частоты) В аналоговых это делал с помощью делителя (регулируемого от 110 и более)Подойдет ли наш обычный делитель 100ком для цифрового. Или будут искажения сигнала. Или вообще цифровой как-нибудь по-другому прореагирует. Как он вообще реагирует , если амплитуда выше,чем размах экрана?Могу ли я на моделях самых бюджетных(sds1022c ads1022c и подобных)увидеть при однократном запуске развертки одновременно на двух лучах два разных однократных сигнала(Во время пуска ТПЧ надо отслеживать однократные сигналы) Подскажите,кто с этой проблемой знаком.
  • Юрий / 08.07.2011 — 05:31
    Спасибо за помощь
  • игорь / 20.04.2011 — 02:42
    Спасибо, полезная статья.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:


Как выбрать осциллограф »

Осциллограф различаются по количеству каналов, цене, полосе пропускания, объему памяти и частоте дескритизации. В настоящее время в продаже большое количество моделей осциллографов. Для правильного выбора модели осциллографа необходимо определиться с характеристиками осциллографа. Для большинства случаев подходит осциллограф с полосой пропускания 70 МГц, частотой декритизации 1 МГц, два канала и памятью достаточной несколько кБ. Ниже кратко плюсы и минусы различных групп осциллографов:

 

Аналоговые осциллографы. плюсы: низкая цена; отображают исходную форму сигнала без фильтрации; отображение сигнала без задержек; минусы: большие размеры и масса; отсутствие цифровых фильтров; отсутствие измерений параметров сигнала;

 

Цифровые осциллографы. плюсы: компактные размеры; малая масса; высокая точность; автоматическая синхронизация; автоматические измерения; пауза экрана; математическая обработка сигнала; декодирование цифровых интерфейсов; возможность записи и хранения данных о входном сигнале. минусы: высокая стоимость.

 

Портативные цифровые осциллографы-мультиметры. плюсы: преимущества цифровых осциллографов; работа в качестве мультиметра; функции регистратора данных; гальванически развязанный щуп; минусы: малое время автономной работы; высокая стоимость;

 

USB осциллографы. плюсы: преимущества цифровых осциллографов; низкая цена; компактные размеры; малая масса; удобство переноски; минусы: необходим ПК;

 

После выбора групп осциллографа, необходимо определить требуемые характеристики осциллографа.  Память и частота дискретизации относятся только к цифровым осциллографам, у аналоговых нет возможности «паузы» сигнала.

 

Количество каналов. У настольных осциллографов количество каналов обычно бывает 2 или 4. У USB и портативных осциллографов чаще 1 или 2 канала. У Hi-End моделей осциллографов количество каналов до 8. У настольных осциллографов смешанных сигналов имеются дополнительно 8 или 16 логических входов, для синхронизации и декодирования цифровых интерфейсов.

 

Полоса пропускания. Полоса пропускания осциллографа — максимальная частота, на которой амплитуда сигнала уменьшаться на 3 дБ. Для точных измерений полоса пропускания не может равняться частоте измеряемого сигнала. Тем больше полоса пропускания тем лучше отображаются фронты сигналов и точнее результаты измерений, при меньшей полосе пропускания фронты сигналов будут закругленными. Для выбора полосы пропускания обычно руководствуются правилом: полоса пропускания осциллографа равняется измеряемой частоте умноженной на 3. При выборе полосы пропускания по данному правилу ошибка измерения равна 5%.

 

Частота дискретизации. Частота дискретизации —  количество выборок (точек) в секунду, формирующих на экране осциллографа изображение входного сигнала. Чем больше частота дискретизации, тем лучше детализация изображения сигнала, особенно это важно при исследовании быстрых переходных процессов. Частота дискретизации не связана с частотой обновления экрана. При выборе частоты дискретизации руководствуются правилом: частота дискретизации должна быть в 4 раза больше полосы пропускания. Часто производители указывают максимальную частоту дискретизации для одного канала, при работе сразу 2, 4 каналов она делится на количество каналов.

 

Память осциллографа. Цифровые осциллографы имеют функцию захвата (заморозки) сигнала в память осциллографа, для последующего масштабирования и получения более детальной информации о сигнале. Чем больше память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных для просмотра и анализа. Если уменьшать длину внутренней памяти при постоянном коэффициенте развертки, частота дискретизации уменьшается. Большая память позволяет получить высокую частоту дискретизации на медленных коэффициентах развертки. Требуемый объем памяти осциллографа зависит от общей длительности сигнала и требуемого разрешения, который необходимо исследовать. Если необходимо исследовать продолжительные по времени сигналы с высоким разрешением, то потребуется память большего объема. 

 

Сводная таблица характеристик осциллографов

Наименование

Цена, руб

Кол.

кан.

Полоса

пропускания

Частота

дискре-

тизации

Память осцил-лографа

 

АКИП-4106

14000

1

10 МГц

1 ГГц

8 кБ

АКИП-4115/1А

24000

2

40 МГц

1 ГГц

2 МБ

АКИП-4115/4А

36000

2

100 МГц

1 ГГц

1 МБ

 

АКИП-4122/7V

44000

2

100 МГц

1 ГГц

40 МБ

 

АКИП-4126/2

84000

2

100 МГц

2 ГГц

28 МБ

 

GW Instek GDS-72102

86000

2

100 МГц

2 ГГц

2 МБ

 

Rigol MSO1104Z

95000

4+16

100 МГЦ

1 ГГц

12 МБ

 

АКИП-4122/12 АЦП 12 бит

105000

2

200 МГц

2 ГГц

40 МБ

 

Tektronix TBS2102

133000

2

100 МГц

1 ГГц

20 МБ

 

GW Instek GDS-72302

165000

2

300 МГц

2 ГГц

2 МБ

 

 

Просмотрев таблицу с характеристиками осциллографов видно, что чем больше полоса пропускания и частота дискретизации, тем выше цена.Определить оптимальное сочетания стоимости и характеристик осциллографа возможно только для конкретной ситуации. Например для поиска аномалий и глитчей сигналов лучше полосу пропускания и частоту дискретизации иметь максимальные. Для исследования переходных характеристик при заморозки осциллограмы важно иметьбольшую память. В большинстве случаев достаточно 70 МГц, 1ГГц и памяти 2 МБ. Выбрать осциллограф по количеству каналов, цене, наличию в Госреестре можно в каталоге.

Как выбрать осциллограф для дома и работы

Что такое осциллограф и что он собой представляет? Это улучшенный мультиметр, на экране которого можно наблюдать показатели токов, что измеряются, а также их визуализацию. Такой прибор способен за одну секунду сделать огромное количество измерений, отмечая даже самые короткие отклонения. Благодаря ему можно форсировать работу по обнаружению неисправностей. На рынке предоставлен огромный ассортимент моделей от разных производителей, поэтому для начинающего электрика выбор прибора – это непростая задача. Такое устройство будет незаменимым при ремонте электротехники, так как с его помощью можно увидеть электрические колебания, которые выводятся на экран в виде графика. Аппарат используют для ремонта компьютеров, для диагностики авто, а также в своей работе их применяют радиотехники и наладчики оборудования. Далее мы расскажем, как выбрать осциллограф для дома и работы, а также, на какие параметры нужно обращать внимание.

Обзор параметров

Полоса пропускания и частота дискретизации

Выбор устройства должен зависеть и от его характеристик. Так, измеряя прибором переменные сигналы, не стоит забывать о том, что они обладают определенной максимальной частотой и если показатели будут выше, то точность измерений будет портиться. Это и устанавливает полосу пропускания. Такая полоса должна быть в 5 раз выше показателей частоты исследуемого сигнала.

Полоса пропускания

Как выбрать правильный осциллограф? Если полоса пропускания недостаточная, то точность измерений будет искажаться. Если выбрать прибор для простых работ с усилителями звуковой частоты и с цифровыми схемами, то достаточно будет и 25 МГц. Для профессиональных исследований и для схем радиочастот необходимо выбрать приспособление со значением 100-200 МГц. От полосы пропускания зависит выбор устройства: цена будет выше, чем больше значение верхней полосы.

Что касается дискретизации, то от нее зависит, с какой скоростью осциллограф будет обрабатывать входной сигнал. А от ее частоты будет зависеть качество картинки, которое будет отображаться на экране. Чем выше частота, тем шире полоса пропускания и соответственно лучшее разрешение однократных сигналов. Ведь при большем количестве обрабатываемых входных точек изображение будет точнее. При измерении переходных и однократных процессов это считается очень важным.

Обновление экрана никак не связывается с частотой дискретизации. Прежде чем выбрать осциллограф необходимо помнить, что его стоимость зависит от этой частоты: чем она выше, тем лучше картинка, соответственно и выше стоимость прибора. Производители устройства могут указывать этот показатель только отдельного канала или частоту дискретизации объединенных каналов. Значение дискретизации будет ниже, если задействовано большое количество каналов.

Тип питания

Выбор прибора должен зависит и от условий его применения. Например, если нужно работать с ним на выезде или в разных помещениях, то он должен работать от аккумулятора. Существуют модели, которые способны проработать от батареи до восьми часов. Осциллограф, который способен работать от электрической сети, используют в мастерских, учебных классах или в лабораториях.

Численность каналов

От того, сколько существует в устройстве каналов зависит численность воспроизводимых на экране независимых сигналов. Такая возможность, как наблюдение за несколькими графиками одновременно, позволяет легко проанализировать и сопоставить их. Для работы и анализа несложной техники хватает двух или четырех каналов.

Разновидности приборов

Прежде чем окончательно выбрать осциллограф, необходимо знать, на какие виды он делится. По принципу отражения сигналов осциллограф делится на цифровой и аналоговый.

Цифровой

С его помощью проводится статическая и математическая обработка данных, которые получаются в результате снятия показаний. Также, если выбрать цифровой осциллограф, есть возможность обнаруживать импульсные помехи и сохранять в памяти прибора до 10 000 осциллограмм. Полученные результаты отображаются на ЖК-дисплее.

Электронная модель

Выбор настроек осуществляется автоматически, так как прибор обладает функциями калибровки и диагностики. Погрешности у изделия минимальные, благодаря чему данные получаются высокого качества. Такой осциллограф незаменим при необходимости получить точную диагностику оборудования или автомобиля.

Аналоговый

Это самая простая конструкция. В ее состав входит электронно-лучевая трубка, которая реагирует на электростатические отклонения. Показания снимаются в настоящем времени, благодаря чему при обработке процессором сигнала, искажения невозможны.

Аналоговый прибор

Выбрать аналоговый осциллограф – означает получить надежность и безотказность в работе, так как изображение на дисплее от проходящих показателей не отстает. Также они отличаются невысокой ценой и хорошей ремонтопригодностью. Но прежде чем подобрать такой вариант, следует помнить и о его недостатках: при поучении сигналов высокой частоты, экран может моргать, незначительные возможности по обработке сигнала и относительно диапазона измерений. Такое устройство широко применяется в сервисных мастерских радио- и телеаппаратуры. Из-за этого он еще получил название сервисный осциллограф.

Также рекомендуем просмотреть видео, в которых предоставлены советы экспертов по выбору осциллографа, а также независимый рейтинг из 10 лучших моделей:

Это и все, что мы хотели рассказать вам о том, как выбрать осциллограф для дома и работы. Надеемся, предоставленные нами советы были для вас полезными!

Рекомендуем также прочитать:

20 самых важных характеристик осциллографов!

20 самых важных характеристик осциллографов!

Попробуем разобраться в том, какую роль играет полоса пропускания, чувствительность и память осциллографа при измерениях, в каких случаях лучше использовать аналоговые и цифровые, двухканальные и двухлучевые осциллографы, а когда вместо современного стационарного цифрового или портативного осциллографа достаточно иметь под рукой старый советский прибор? Ответы на эти и другие вопросы, а также все типовые заблуждения, связанные с этими приборами, вы найдете в нашей подборке — 20 самых важных характеристик осциллографов!

Когда мы говорим «осциллограф», то представляем себе прибор, на лицевой панели которого расположен экран, отображающий графики входных электрических сигналов (амплитудные и временных характеристики). Однако поскольку видов этих сигналов «великое множество», очевидно, что не может быть одного универсального прибора, способного адекватно показать все. Поэтому, выбирая осциллограф, нужно ориентироваться во всех разновидностях этого «многоликого» по областям применения прибора, чтобы выбрать именно тот, который подходит для решения стоящих перед вами задач. И здесь немудрено запутаться или упустить какие-то моменты, что может привести к покупке «ненужного чуда» электронной техники. А чтобы не попасть впросак, стоит прислушаться к отзывам опытных практиков, помогающим системно подойти к своим запросам и сделать действительно безошибочный выбор. Далее разбираются основные параметры и технические характеристики осциллографов.

1. Чем хорош двухлучевой осциллограф?

важные характеристики двухлучевого осциллографа

Двухлучевой осциллограф позволяет двумя лучами одновременно наблюдать на общей временной развертке два независимых процесса. Двухканальный осциллограф содержит электронный коммутатор, коммутирующий либо намного чаще, чем частота процесса, либо намного реже, чем частота процесса два процесса на один луч. При этом получается, как бы два луча, но график отображается «кусками, хотя, если частота коммутации выбрана верно, то визуально это не заметно. Все это верно до тех пор, пока исследуются строго периодические процессы. Если же процессы импульсные или не строго периодические (форма сигнала отличается в разных периодах или период меняется), качественно наблюдать два таких процесса на двухканальном однолучевом осциллографе невозможно, потому что в каждый момент времени мы видим только кусочек одного процесса. В принципе двухлучевой осциллограф, конечно, намного лучше однолучевого двухканального. У двухлучевого есть и недостаток: вертикальная развертка каждого луча линейна в своей половине экрана, верхнего – в верхней, нижнего – в нижней. При попытке использовать весь экран одним лучом нас ждет разочарование – отклонение луча у двухлучевой ЭЛТ в «чужой» половине экрана существенно нелинейно.

2. Ограничения двухканального (многоканального) осциллографа

Двухканальный (многоканальный) осциллограф отличается от двухлучевого (многолучевого) тем, что у него одновременное наблюдение разных сигналов обеспечивается быстрым переключением с одного канала на другой, т. к. применяется однолучевая трубка. Из-за чего на высоких скоростях развертки он «рвет» сигналы на экране. Двухлучевой (многолучевой) – имеет трубку с несколькими лучами, поэтому он сигналы не «рвет», но стоит обычно дороже.

3. Любой осциллограф – это не измерительный, а наблюдательный прибор

Хотя в цифровых осциллографах используются также измерительные функции (можно, например, проводить измерения амплитуды сигнала и т. д.). У аналоговых осциллографов погрешность по экрану 5-10%. Цифровые, к которым относятся также USB-осциллографы, вроде более точные, но есть такое понятие, как «Вертикальное разрешение». Например, у типового USB-осциллографа – указано 9 бит вертикального разрешения (реально часто – 8 бит). Это значит, что входной сигнал, надо поделить на 2 в 8-й степени, то есть на 256, что при входном сигнале 10 В даст ступеньку в 0,4 В.

4. Цифровой или аналоговый осциллограф?

Выбор «цифровой или аналоговый осциллограф» зависит от характера исследуемых процессов. Цифровой имеет память, широчайшие возможности рассматривать уже зарегистрированные кратковременные сигналы (есть возможность делать их скриншоты), цветной дисплей (что очень способствует восприятию информации), множество способов синхронизации, некоторые возможности обработки сигнала. У аналогового – наименьшие искажения наблюдаемого сигнала, что обычно приводится как основной довод в их пользу. Других, более серьезных доводов обычно не приводят.

Цифровой или аналоговый осциллограф:отзывы, характеристики

5. Цифровой осциллограф не покажет ВЧ импульсы

Еще одна особенность цифровых осциллографов: для наблюдения непрерывного сигнала, и для того, чтобы сильно не увеличивать частоту дискретизации (квантования) по времени (а это необходимо из-за того, что точных быстродействующих АЦП пока еще мало, а то и вовсе нет для решения каких-то задач), часто используются для обработки численные методы (аппроксимация, интерполяция, экстраполяция). Современные микроконтроллеры довольно просто с этой задачей справляются. Но в результате мы видим не настоящий сигнал, а эрзац-сигнал, полученный в результате обработки точечных отсчетов численными методами. То есть мы можем не увидеть на сигнале «иглы» высокочастотных импульсных помех, которые будут прекрасно видны на аналоговом осциллографе.

6. Цифровой осциллограф умеет запоминать сигналы

У цифрового осциллографа дополнительное удобство – он может запоминать сигнал и выводить его на экран в увеличенном масштабе (функция экранной лупы). А также достаточно просто реализуются функции автонастройки на сигнал и измерение параметров сигнала (но это уже в дорогих моделях). Еще одно важное достоинство – просмотр или предварительное (возможно и полное) декодирование промышленных протоколов.

7. Ограничения АЦП цифровых осциллографов

Цифровой осциллограф работает на принципе преобразования аналогового (т. е. непрерывного) сигнала в цифровой (т. е. дискретный) со всеми вытекающими отсюда последствиями: 

  • Для того чтобы передать сигнал как можно точнее, частота дискретизации должна быть намного выше частоты измеряемого сигнала. Т. е. чем больше дискретных отсчетов в единицу времени, тем более непрерывным будет отображение сигнала и более точным его воспроизведение на экране.
  • Дискретизация по уровню измеряемого сигнала (как правило, это напряжение). Чтобы его как можно точнее измерить, надо иметь хорошую дискретизацию по уровню. Допустим, мы имеем АЦП 8-бит. Теоретически он дает 256 уровней сигнала. Т. е. сигнал с амплитудой 10 В он может перевести в цифровой код с точностью 0,04 В, а если у АЦП 10 разрядов (1024 уровня), то мы сможем наблюдать этот же сигнал с точностью 0,01 В (правда, на самом деле точность будет ниже, из-за погрешности самого АЦП).
  • Многолучевым цифровой осциллограф в принципе быть не может.
  • Интерфейс для связи с компьютером имеют не только цифровые, но и многие аналоговые осциллографы.

характеристики портативного осциллографа

8. Объем памяти цифрового осциллографа

Объем памяти выборок (в английской технической документации используются термины Record Length – длина записи или Memory Depth – глубина памяти) – третья ключевая характеристика цифровых осциллографов, наряду с полосой пропускания и частотой оцифровки. Суть в том, что это память, работающая на частоте оцифровки. Ее нехватка приводит к тому, что на медленных развертках осциллограф вынужден снижать частоту оцифровки во избежание переполнения памяти. Хотя есть «кривые» попытки обойти эту проблему, например, использованием пик-детектора. Если памяти выборок много (от 1 Мегасемплов), то это производителем специально подчеркивается, а если мало, то всячески замалчивается. Или приводится большой объем памяти, но оказывается, что это просто ОЗУ встроенного процессора, а не быстрая память выборок. Допустим, частота выборок – 500 мегавыборок в секунду (полоса пропускания – 50 МГц, 10 выборок на период). Смотрим сигнал 50 Гц (период 20 мс). За это время осциллограф сделает 10 000 000 выборок. С 8-битным АЦП ему надо запомнить 1 байт на выборку. Итого, чтобы зарисовать этот период, ему нужно либо 10 Мб памяти, либо снижать частоту выборок.

9. «Короткая и длинная» память в цифровом осциллографе

Короткая и длинная память — это «закон сохранения энергии в осциллографе». Если вы используете максимальную частоту дискретизации то у вас «короткая память» будет (извините за выражение), если же частота дискретизации будет в два раза меньше — то у вас память будет «ого-го». Если нужно посмотреть пачку импульсов — используете большую память, если периодический, но высокочастотный сигнал (тем более меандр), то тогда более важна частота дискретизации.

10. Время нарастания входного сигнала

Показатель «Время нарастания входного сигнала» – чем меньше, тем лучше. Это значит, что меньше будет «отгрызаться» начало первого сигнала на экране при внутренней синхронизации, и тем лучше частотные свойства осциллографа.

11. Полоса пропускания цифрового осциллографа

Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала (хотя бы втрое), иначе прямоугольный сигнал превращается в «квазисинусоиду» (то есть «заваливаются» фронты). И частота дискретизации должна быть выше хотя бы раз в десять (некоторые даже считают, что это соотношение должно быть не менее 1:20).

Ограничения АЦП цифровых осциллографов

12. Как связаны шумы и погрешность Разрешение экрана

Чем выше разрешение экрана, тем больше детализация. Выбирайте разрешение не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали, многие современные относительно недорогие осциллографы уже имеют такие экраны. Экран должен быть цветным и с малой инерционностью. Черно-белые экраны с большой инерционностью — прошлый век.

13. Как связаны шумы и погрешность Когда нужен осциллограф с логическим анализатором?

характеристики осциллографа

Современная прикладная электроника – это в большинстве случаев «смесь цифры с аналогом». Расшифровка протоколов здесь не главное (хотя и не без нее). Но вот, допустим, имеем сигнал ШИМ, который в свою очередь может перейти во что угодно – ток, напряжение, температуру, магнитное поле, обороты и т. д. и т. п. Регулирование этих величин, допустим, выполняется с помощью микроконтроллера посредством какого-либо ПИД-регулятора. Как отрабатывать все тонкости этих процессов? Вот тут и придет на помощь встроенный в осциллограф логический анализатор. Конечно, все то же самое можно делать и отдельным анализатором, и синхронизировать его с аналоговыми сигналами. Но все это вы будете видеть на разных мониторах и засечь, что и после чего изменяется «от цифры в аналоге» уже будет очень неудобно и непродуктивно.

Таким образом, если вы собираетесь рассматривать цифровой и аналоговый сигналы одновременно, например, цифровой сигнал зависит (синхронизирован) от аналогового или наоборот, то лучшим решением будет осциллограф с логическим анализатором на борту или хотя бы с возможностью докупить логический анализатор позже (но нужно, чтобы у покупаемого осциллографа была такая опция). Отдельный логический анализатор удобен для работы с чистой цифрой.

14. Как связаны шумы и погрешность Как связаны шумы и погрешность осциллографа с разрешением экрана?

Шумы осциллографа не имеют никакого отношения к разрешению экрана.  Точно так же и погрешность осциллографа не имеет никакого отношения к разрешению экрана.

15. Эквивалентный режим

Полоса пропускания цифрового осциллографа

Эквивалентный режим используется только для периодических сигналов. Он позволяет повысить частоту дискретизации в десятки раз. Суть в том, что друг за другом делается не одна запись сигнала, а много, но каждый раз с небольшим смещением. Поскольку сигнал все время одинаковый (периодический), потом полученные записи накладывают друг на друга, и получают запись с как-бы очень высокой частотой оцифровки, например 50 ГГц, хотя реальная частота оцифровки была обычная, например 500 МГц. Для однократных сигналов не годится.

16. Режим сегментированной памяти

Некоторые цифровые осциллографы имеют режим сегментированной памяти. То есть их можно оставить работать хоть на неделю, но они будут записывать не весь сигнал, а только его часть, форма которой задается через меню, например, только короткие пики. Таким образом, ни один пик не будет пропущен и будет записан с нужной (высокой) частотой дискретизации. А потом все записанные сегменты (кусочки сигнала) можно разом просмотреть.

17. Минусы портативных осциллографов

У портативных приборов цены выше, а параметры хуже, это известно. В частности, «настольные» осциллографы давно «доросли» до 1-2 мегасемплов (мегабайт) памяти выборок, а у портативных эта память по-прежнему 1-40 килосемплов (килобайт).

Ограничения АЦП цифровых осциллографов

18. Что такое мотортестер?

Для диагностики системы зажигания автомобильного двигателя используется мотортестер, представляющий собой многоканальный осциллограф (осциллограф-мультиметр с четырьмя и более каналами), с инсталлированным в нем специальным ПО. К осциллографу подключается комплект датчиков. Мотортестер отображает осциллограмму высокого напряжения системы зажигания и в реальном времени параметры импульсов зажигания, такие как пробивное напряжение, время и напряжение горения искры.

19. Что такое автомобильный диагностический сканер?

Для «общей» автодиагностики применяют диагностический адаптер или CAN-Bus автомобильный диагностический сканер, представляющий собой осциллограф смешанных сигналов – осциллограф со встроенным логическим анализатором, который, используя специальное ПО, выполняет дешифровку протоколов CAN/KWP2000/др. и трактует полученные данные. Система управления современного двигателя, отвечающего строгим нормам токсичности, в качестве главного своего элемента содержит электронный блок управления (ЭБУ). Так вот сканер предназначен именно для работы с ЭБУ, для его «сканирования». А так как сканер работает с блоком, то он позволяет:

  • Наблюдать сигналы с датчиков системы, следить за их изменением во времени.
  • Проверять работу исполнительных механизмов путем приведения их в действие и визуального или другого контроля.
  • Считывать сохраненные системой коды неисправностей.
  • Посмотреть идентификационные данные ЭБУ, системы и т. п.

20. Почему лучше не использовать осциллографы, выпущенные в СССР?

В России до сих пор продаются осциллографы, выпущенные в СССР 25-30 лет назад. Они могут привлечь внимание разве что новичков и не очень требовательных радиолюбителей. Однако опытные практики пишут на страницах интернет-форумов буквально следующее: «Ни в коем случае не советую связываться с советскими приборами, тем более осциллографами, управляемыми микропроцессором. Советские приборы утыканы сбоку и сверху подстроечниками для калибровки. Методика описана в инструкции, обычно довольно бестолковой. Перечень «пороков» советских приборов продолжают габариты, вес и высохшие электролиты».

советские осциллографы: отзывы

Примечание.

При подготовке этой статьи использовались отзывы, советы и рекомендации по выбору и работе с электронными осциллографами,  собранные с крупнейших отечественных и зарубежных интернет-форумов.

 

Примеры оборудования:

Цифровые осциллографы Rohde&Schwarz, Fluke Источники питания постоянного тока Анализаторы спектра Генераторы сигналов Векторные анализаторы цепейЧастотомеры и измерители

Пара слов об осциллографах | Электроника для всех

Хотел бы сказать пару слов о различии цифрового осциллографа от аналогового, а также ряд особенностей на которые бы стоило обращать внимание. Конечно, для начала хватит и аналогового, надолго хватит, но последнее время появилось множество осциллографических приставок по вполне вменяемым ценам — от 6тыр. Да и за 15тыр можно взять простенький цифровой осциллограф. Возникает дилемма — аналоговый или цифровой.

Аналоговый хорош тем, что во первых не слишком дорогой, а во вторых не искажает сигнал. То есть там не бывает цифровых шумов и лесенок при обработке быстрых сигналов. По аналоговому осциллографу гораздо приятней разглядывать форму сигнала, она будет ближе к естественной. Это один из главных козырей аналога.

В чем же главная фишка цифрового осцилла?
Во-первых, это очевидно, что раз сигнал цифровой, то мы можем его обрабатывать как угодно. Записывать и останавливать. Сравнивать записанное с текущим сигналом и прочие приятные вещи.

Но я же ценю цифровые осциллографы не за возможность записи, на самом деле этой функцией я пользовался только несколько раз и то по приколу. Главный рулез это куча вариантов запуска.

Как запускается развертка аналогового осциллографа? По совпадению уровня. То есть достиг сигнал уровня — стартует развертка и период сигнала отражается на экране. Много тут не наловить. Попробуй, например, поймать UART пачку, у него биты разных байтов могут быть смещены относительно друг друга. И на каждом фронте произойдет сработка триггера, что вызовет пляску картинки на экране. То есть понять, что что то передается мы сможем, а вот прочитать что именно передается уже нет.
На цифровом осциле же можно в пару тычков задать зону нечувствительности синхронизации, чтобы после старта некоторое время осцил не воспринимал сигнал и не реагировал на условие. Это позволяет ловить сигнал хитрой формы. Вроде посылок UART или амплитудно модулированного сигнала. Можно задать задержку запуска. То есть вначале условие, а потом, спустя время тупняка, включается развертка и мы ловим сигнал.
Есть даже такие хитрые условия старта, как по скорости нарастания или спада сигнала, по длине импульса, по определенной комбинации. Что позволяет ловить например, конкретно старт бит какой-нибудь I2C посылки.

Отдельно стоит сказать про одиночный запуск. На аналоговом осциллографе это не возможно, так как люминофор после прохождения луча гаснет быстро (про спецосциллографы с долгим послесвечением не говорим, это все же экзотика) и мы можем нормально углядеть только периодические сигналы. А на цифре же таких проблем нет — щелк и поймали один период. Идеально для отладки всяких протоколов. Например, мне потребовался один единственный прогон программы, чтобы понять что моя микросхема часов не отвечает на свой адрес и начать уже рыть в другом направлении.

Еще одной фичей цифровых осциллографов является математическая обработка сигналов. Можно, например, проводить на лету преобразование Фурье, раскладывая сигнал на гармоники. Складывать и вычитать сигналы на разных каналах, перемножать их (впрочем, это умеют делать и некоторые аналоговые).

Курсорные измерения это также эксклюзивная фишка цифровых осциллографов. Суть в том, что нам уже не нужно прикидывать на глазок по сетке координат величины сигнала или длительности — навел курсор и он тебе показал напряжение, или время между двумя точками. Над курсорными показаниями также можно выполнять математические действия, например вычесть одно из другого. Также можно выводить на экран сразу кучу показаний. Я обычно среднее напряжение и частоту вывожу на экран.

О рулезах рассказал, надо упомянуть и скоростных параметрах.

Частота выборки:
Главнейшим скоростным параметром любого цифрового осциллографа является частота выборки. Она же частота дискретизации. Измеряется в сэмплах в секунду (обычно в мегасэмплах, но не суть). И вот тут начинаются приколы. Особенно если рассматриваются дешевые цифровые осциллы или комповые приставки.
Представим себе синусоидальный сигнал. Сколько надо точек чтобы его изобразить? Очевидно, что хорошо бы не менее шести точек на период. И то, если сигнал более сложной формы, то мы можем потерять кучу деталей, например какие нибудь искажения этой синусоиды. Для отлова фронтов прямоугольного импульса надо еще больше точек. В общем, для адекватной оцифровки формы частота выборки должна быть в порядок выше частоты пропускания. То есть, если осциллограф на 40Мгц, то частота выборки должна быть где то в районе 400MSa/s. Вот тут то большая часть приставок и сливаются — у них частота выборки обычно совпадает с пропускной, а значит заявленную пропускную можно смело снижать в 10 раз — так как там уже показометр получается.

Есть еще один хитрый трюк, позволяющий резко повысить частоту дискретизации — эквивалентная дискретизация. Она может быть заявлена чудовищной. Но это как «китайские ватты» — бесплатного сыра не бывает. Эквивалентная дискретизация работает только на периодических сигналах. То есть для построения формы сигнал сначала очень много раз считывается, при этом снимаются точки в разных местах — периоды то одинаковые как близнецы братья. И по этой прорве данных строится график. Так что если вы видите подозрительно высокую частоту, то уточните не эквивалентная ли она.

Разрешение
Это то сколько уровней отсчета по напряжению может нарисовать на своем экране осцилл. Обычно это 8 бит. Вполне хватает.

Обьем памяти
Еще один важный параметр. Показывает как долго осциллограф может записывать инфу. Память тут редко измеряется мегабайтами. Точнее есть осциллографы с очень большим обьемом памяти, но стоят они как хорошая квартира. Обычный обьем — 256…1024Кб при современных ценах на память выглядит страшно. Не иначе гадкие козни маркетологов.

Защита входов
Это больше касается разнокалиберных приставок. У стационарных осциллографов обычно защита входа до 400Вольт — это стандарт. А вот у приставок может быть гораздо меньше. И хорошо еще если будет потенциальное разделение осциллограф — комп. Иначе пробой высокого напряжения угробит не только осциллограф, но и компьютер. А это не самая радостная перспектива. Этот вариант надо прощупать заранее, пока не стало слишком поздно. Отмазки вроде — «да я не буду ничего высоковольтного щупать» тут не особо катят. Можно, банально, по ошибке ткнуть не туда или на конденсатор заряженный выше предела залезть. И все. Привет осциллограф, а может и мать. В общем, зырьте в оба когда будете выбирать.  Но, если бы мне, имея 10-15тыр на руках, пришлось выбирать брать аналоговый осциллограф или цифровую приставку — я бы взял цифровую приставку.

Ссылка по теме:
Использование осциллографа
Цифровой осциллограф RIGOl DS1042CD

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *