Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6 - Журнал «Домашняя лаборатория»

2. Сколько каналов вам требуется?

На первый взгляд вопрос о том, какое количество каналов требуется для приобретаемого осциллографа — достаточно прост. Кроме того, все осциллографы поставляются либо с 2-мя, либо 4-мя каналами. Тем не менее, цифровая составляющая присутствует всюду в современных проектах, 2-х и 4-х канальные осциллографы далеко не всегда соответствуют требованию по кол-ву имеющихся у них каналов, необходимых для захвата того или иного события на цифровой схеме и анализа конкретных сигналов, представляющих для разработчиков интерес. Если вы хоть раз оказывались в подобной ситуации, то вам легко понять то разочарование, постигающее проектантов, когда им приходится либо задействовать внешние приборы с целью захвата важных событий, либо писать специальные программные пакеты — и всё для того, чтобы иметь возможность анализировать специфическое поведение цифровой схемы.

Для современного мира, который всё более и более становится цифровым, новое поколение осциллографов легко интегрируется для совместной работы с логическими анализаторами, при этом реализуется измерительная система, которая позволяет на одном дисплее, с высочайшим временным разрешением анализировать логические сигналы, при этом анализировать «аналоговую» форму исследуемых сигналов. В зависимости от конфигурации доступно анализу от 32-х до 136 логических сигналов, при этом сигналы 2-х или 4-х каналов (в зависимости от модели осциллографа Tektronix) могут дополнительно представлены время-коррелируемыми осциллограммами для более полного анализа проблем высокоскоростных цифровых линий.

Рис 2: Пример отображения на дисплее логического анализатора TLA5000 логической информации и информации о аналоговой форме логического сигнала.

3. Каковы должны быть ваши требования по частоте дискретизации?

Как мы уже ранее упоминали, частота дискретизации — очень важный фактор при оценке функциональности приобретаемого осциллографа. Почему мы обращаем на это такое пристальное внимание? Большинство осциллографов при анализе сигналов задействуют технологию «наложения», когда частота дискретизации в целом увеличивается при одновременном задействовании АЦП от двух или более каналов для достижения максимального значения лишь на каком-либо одном из каналов, например, 4-х канального осциллографа. Как правило, многие производители осциллографов в спецификациях на производимую ими продукцию указывают только эту суммарную (максимальную) величину и умалчивают, что эта величина — всего лишь для одного канала! Если вы заинтересованы в приобретении 4-х канального осциллографа, то вы рассчитываете на то, что все 4 канала будут иметь заявленную частоту дискретизации, а не всего лишь один.

Вспомним вышеприведённые формулы, представленные в разделе 2 настоящей статьи, где говорится, что частота дискретизации осциллографа должна быть как минимум в 4 раза, больше значения полосы частот. 4-х кратный коэффициент умножения должен применяться, когда осциллограф задействует формат цифровой реконструкции, такой как интерполяцию sin(x)/x. В случае, когда технология цифровой реконструкции не задействуется, то коэффициент умножения должен быть 10.

Примечание: Во всех осциллографах Tektronix применяется аппаратно реализованная интерполяция sin(х)/х.

Давайте рассмотрим пример с 500 МГц осциллографом, который применяет интерполяцию sin(x)/x. Для этого осциллографа минимальная частота дискретизации на канал для поддержания полосы частот в 500 МГц на каждом канале должна составлять 4 X (500 МГц), или 2 ГГц/сек на каждый канал! (К примеру: TDS3054B имеет независимые АЦП для каждого канала обеспечивая 5 ГГц/с на каждый канал, гарантируя тем самым значительный запас по частоте выборки.) Но некоторые производители 500 МГц осциллографов, рекламируя свою продукцию на рынке, заявляют о том, что их осциллографы используют дискретизацию 2 ГГц/сек, но при этом «забывают» уточнить, что эта величина имеет место лишь для одного канала. Реальная же частота дискретизации таких осциллографов (например, 4-х канальных) составляет только 1,0–0,5 ГГц/s на канал — что явно недостаточно для поддержки частоты 500 МГц на даже на двух каналах.

Другой способ определить требуемую вам частоту дискретизации — это определить разрешение, которое вы хотели бы иметь между точками захвата сигнала. По сути, частота дискретизации — обратная величина значению разрешения. Скажем, вы заинтересованы в Ins разрешении между точками. Частота дискретизации, которая способна обеспечить такое разрешение есть 1/(1ns) = 1 ГГц/сек.

В заключение этого раздела совет: при приобретении осциллографа убедитесь, что прибор имеет достаточную частоту дискретизации на каждый канал и эта величина будет сохраняться при задействовании всех каналов одновременно, таким образом, каждый канал будет способен поддерживать заявленную в спецификациях на осциллограф полосу частот.

4. Какой объем памяти вам необходим?

Как вы уже убедились, полоса частот и частота дискретизации тесно взаимосвязаны между собой. Требуемый объем памяти зависит от необходимой частоты дискретизации. Аналого-цифровой преобразователь оцифровывает сигналы, поступающие на вход прибора, и полученные данные сохраняются в высокоскоростной памяти осциллографа.

Важнейшим фактором, влияющим на принятие решения о выборе осциллографа, является понимание вами того, как та или иная модель осциллографа, что вы рассматриваете, реально использует сохранённую им информацию. Технология сохранения данных позволяет вам выполнять сложные задачи, такие как захват точек данных, последующее их масштабирование для получения более подробной информации, либо выполнения математических функций при обработке данных и их анализ в автономном режиме.

Большинство специалистов полагает, что максимальное значение частоты выборки осциллографа находится во всей плоскости развёртки. Это было бы очень хорошо, но при этом от прибора потребовалась бы такая огромная память, что вряд ли кто смог бы когда-либо позволить себе такую дорогую инвестицию в приобретаемое оборудование. Поскольку глубина памяти осциллографов ограничена, то соответственно возникает необходимость и в ограничении частоты выборки, коль скоро современные генераторы развёртки проектируются с всё более и более широкими диапазонами. Чем глубже память осциллографа, тем больше времени выделяется на захват точек данных при максимальном значении частоты дискретизации. В настоящий момент на рынке достаточно часто встречаются модели осциллографов с частотой дискретизации в несколько сотен мегавыборок в секунду и невысокой ёмкостью памяти. Такой осциллограф просто вынужден снизить своё значение частоты выборки до К/В (киловыборок) в секунду когда генератор развёртки выставлен на величину, к примеру, 2 мс/деление и даже меньше. Вам необходимо проверить заинтересовавшую вас модель осциллографа на предмет зависимости значения частоты выборки от параметров генератора развёртки. Модель осциллографа, упомянутая выше, в реальности будет иметь полосу частот лишь в несколько КГц при работе на скоростях развёртки требуемых для воспроизведения на экране осциллографа полного цикла работоспособности тестируемой системы.

Необходимый объем памяти зависит от требуемого времени непрерывного анализа, а также от величины частоты дискретизации. Если вы заинтересованы просматривать захваченные сигналы длительные периоды времени с большим разрешением между точками, то вам требуется прибор с большим объемом памяти. Ниже приведена простая формула, которая прояснит вопрос о величине памяти, что требуется в каждом конкретном случае, когда у нас принимаются во внимание два параметра: