7.3 Цифрови осцилоскопи
Значителна стъпка напред по пътя на автоматизацията на промените е създаването на цифрови осцилоскопи, при които аналоговият сигнал, който се изследва, веднага се преобразува в цифрова форма във входния блок и се съхранява в блока на паметта. Запазеният сигнал може да се използва за показване на CRT, плосък екран или по друг начин.
Наред с повишаването на точността на осцилограмите, цифровите осцилоскопи ви позволяват напълно да автоматизирате процеса на измерване, да управлявате дистанционно режима на работа и да извършвате математическа и логическа обработка на информация. Използването на матрични дисплеи (LCD) намалява размера и теглото на цифровите осцилоскопи и елиминира нуждата от високоволтови захранвания.
Опростена блокова схема на цифров осцилоскоп е показана на фигура 7.8. Изследваният изходен сигнал U(t) се подава към входното устройство, което усилва и съгласува амплитудните и мощностните характеристики с входните параметри на АЦП аналогово-цифровия преобразувател. По този начин сигналът, усилен до необходимото ниво Un(t), се подава към ADC. Моментна стойност на нормализирания сигнал Un(t)
В моментите от време tk, зададени от генератора G, те се преобразуват в цифрови еквиваленти N(tk) и се записват в регистъра на паметта P. Синхронно с момента на цифрово отчитане N(tk) импулсите tk постъпват на брояча Cm, където се появява код, равномерно нарастващ във времето. Кодовете N(tk) в отразяващото устройство на операционния усилвател се преобразуват в управляващи сигнали N, които причиняват вертикалното движение на светлинната точка на екрана на операционния усилвател, а кодовете M(tk) се преобразуват в управляващи сигнали M, които карат светещата точка на екрана на операционния усилвател да се движи хоризонтално. Когато броячът препълни Cm, последният зает началенпозиция, при която светещата точка също се връща в първоначалната си позиция на екрана, подготвяйки нов цикъл за получаване на изображение във формата на вълна.
Фигура 7.8 Блокова схема на цифров осцилоскоп.
Процесът на равномерно набиране на кода от SMI брояча, който го нулира в първоначалната му позиция, имитира времевата база на осцилоскопа, подобно на линейно променящото се напрежение в осцилоскоп с електронен лъч.
Когато сигналът се показва на CRT, кодовете, съответстващи на цифровите показания, се преобразуват в напрежение в DAC, което се подава към системата за вертикално отклонение на тръбата, а кодовете, съответстващи на времевата база, се подават през DAC към системата за хоризонтално отклонение на тръбата.
Ако DT е изграден върху матричен дисплей, тогава кодовете за вертикално и хоризонтално отклонение се преобразуват в позиционна форма и се избира един от редовете и една от колоните на матричния панел, в чийто мерник се появява светеща точка. Операционният усилвател индуцира осцилограми (една или повече) на измервателните сигнали, които извеждат знаково-графична информация, получена в резултат на измервателните и изчислителните процедури, етикети и маркери.
Блокът за управление на осцилоскопа включва микропроцесор, който управлява работата на блоковете, извършва синхронизация, задава режимите на работа на устройството, извършва логическа и математическа обработка на сигнали и комуникира цифровия осцилоскоп с външни устройства и оператора.
Съвременната микропроцесорна технология позволява чрез включването й в цифров осцилоскоп да се решат почти всички функционални проблеми, които възникват при изследването на сигналите, да се подобрят метрологичните и тегловните и размерните характеристики.
В момента основните производители на цифрови осцилоскопи са компании катокато „Tektronix“, „GOOGWILLInstek“, „Kreatek“ и др. Цифровите осцилоскопи, разработени от тези компании, се основават на принципа на многофункционалност, ергономичност и компактност, което от своя страна ви позволява да натрупвате и провеждате точен анализ в реално време на параметрите на сигнала по цялата честотна лента. Всички модели устройства имат усъвършенствана система за синхронизация, която осигурява например стартиране на телевизионен сигнал и режим на автоматично измерване на 15 стандартни параметъра. Функцията за бързо преобразуване на Фурие (FFT) позволява тестване и отстраняване на проблеми чрез анализиране на честотата и нивото на хармониците на входа на веригата. Автоматичната настройка на параметрите за усилване, размах и синхронизация за синусоидални, правоъгълни и телевизионни сигнали позволява автоматични измервания на основните амплитудно-времеви параметри. Същата функция допълнително ви позволява да наблюдавате фронтовете на сигнала (нарастване и намаляване), да гледате телевизионния сигнал кадър по кадър и ред по ред и да анализирате FFT компонентите. Master - управлението на свързаните делители осигурява настройка на необходимия коефициент на разделяне и своевременно калибриране на сондата на делителя. Информацията за състоянието на контролите, параметрите на текущата конфигурация и т.н. се показва на екрана с помощта на контекстното меню с подкани. Цветен (черно-бял) течнокристален дисплей разграничава режима на наблюдение на сигнали за всеки канал и сложен сигнал, възможно е да се извежда информация за измерване от осцилоскопа чрез комутационния модул TDS2CMA за печат и други външни устройства.
Основни технически характеристики на централното отопление.
- Дисплей - ч/б или цветен;
- Честотна лента - до 350 MHz;
- Брой канали - 2 - 4;
- Синхронизация - вътрешна, външна;
- Честотидискретизация - до 2 GSa/s;
- Обемът на паметта - 2,5 Kbytes, 125 Kbytes;
- Вертикална резолюция - 8 бита;
- Коефициент на отклонение - дискретно
от 2mV / div - 5V / div - гладко
- Измервателен вход - отворен (DC), затворен (AC
- Входен импеданс - 1 MΩ, 20 pF;
- Коефициент на почистване -1ns/div – 50s/div;
По-долу са дадени някои обяснения за работата на цифровия осцилоскоп.
Запис на вълнови форми във вътрешна памет:
Тази функция понастоящем е стандартна за всички цифрови осцилоскопи и ви позволява да съхранявате до две вълнови форми в паметта и след това да ги показвате на екрана за сравнение с текущата времева вълнова форма. В същото време на екрана се показват данни за състоянието на контролите, под които е записана осцилограмата.
Автоматични и маркерни измервания:
Една от най-използваните функции на цифровия осцилоскоп са автоматичните измервания. Позволява един осцилоскоп да замени такива устройства като волтметър, честотомер, спектрален анализатор на сигнала, измервател на времеви интервали. В този режим уредът измерва 15 параметъра на входния сигнал. Времеви параметри - честота (F), период (T), време на нарастване, време на спад, коефициент на запълване на импулса, продължителност на импулса (положителен и отрицателен). Параметри на амплитудата - максимална и минимална стойност (Vmax, Vmin), пик до пик (Vp-p), средна ректифицирана, средна квадратична стойност, средни амплитудни стойности.; средна стойност на минималната (VIo) и максималната стойност (Vhi). В същото време на екрана могат да се показват до 5 измерени параметъра за всеки канал, плюс резултатът от измерване на честотата с 6-цифрен честотомер. Ако е необходимо да се вземат измерванияразлични от стандартните – на разположение на потребителя са измервания с маркер по хоризонтала и вертикала, осигуряващи както абсолютни измервания спрямо началото на времевата и амплитудната оси, така и измервания между курсорите.
Режим на работа на синхронизиращата верига:
В допълнение към традиционните режими на задействане на размах за повечето осцилоскопи, като автоматичен, в режим на готовност и единичен задействане, цифровите осцилоскопи имат уникален режим на задействане на размах - това са: задействане на ширината на импулса, закъснение на задействане на размахване по време, забавяне на задействане на задействане на събитие и избор на телевизионна линия.
Задействане на измерване на ширината на импулса:
В този режим почистването започва, когато продължителността на импулса отговаря на определени условия. Тези условия могат да бъдат: ширината на импулса е равна на зададената стойност, ширината на импулса не е равна на зададената стойност, ширината на импулса е по-голяма от зададената стойност и ширината на импулса е по-малка от зададената стойност. Ако зададените условия за продължителността на импулса съвпадат, почистването започва.
Забавяне на задействане на времевата база:
Потребителят може да зададе времето на забавяне от момента, в който се появи синхронизиращият импулс, до момента, в който започне линията за почистване. Това забавяне може да се регулира в рамките на 100 ns - 1,3 ms.
Забавяне на тригера за почистване по събитие:
Потребителят може да зададе броя на събитията (импулси) от момента, в който се появи импулсът за синхронизация, до момента, в който започне линията за почистване. Потребителят може да регулира броя на импулсите в рамките на 2…6500.
Избор на телевизионни линии:
В този режим е възможно да се разпределят телевизионни линии в телевизионни системи PAL, SECAM, NTSC по даден номер на линияи полета, като за разлика от аналоговите осцилоскопи, яркостта на сиянието на лъча в този режим не зависи от избрания режим.
Бързо преобразуване на Фурие:
FFT е възможно благодарение на използването на високоскоростен микропроцесор в осцилоскопа. Това по същество е цифров софтуерен спектрален анализатор с добър динамичен обхват, той ви позволява бързо да покажете спектъра на сигнала, присъстващ в момента на екрана на осцилоскопа, и да измерите параметрите на всички негови хармоници.
Този режим на работа на устройството ви позволява да записвате състоянието на всички контроли във вътрешната памет, включително не само позицията на превключвателите V / div и Time / div, но и режимите на ниво и синхронизация, режимите на работа на канала, режимите на измерване и др. Извикването на тези профили от паметта е съвсем просто и значително намалява времето за настройка на контролите при извършване на голям брой еднотипни операции (измервания), при които е необходимо периодично да се задават различни режими на работа на осцилоскопа.
Режим на контрол на толерантността:
В този режим осцилоскопът записва маска през един от портовете на компютъра или ръчно от предния панел на осцилоскопа. Това е шаблон, в който трябва да бъде сигналът. Ако входът е в рамките на този шаблон, осцилоскопът ще покаже режим на пропуск; ако някоя част от входния сигнал е извън маската, осцилоскопът ще покаже режим на грешка. Изходният жак за преминаване/неуспех се намира на задния панел. Този режим може да се използва в телекомуникационни системи за постоянно наблюдение на формата на сигнала или при настройка и настройка на различно оборудване, когато има нужда да се настрои сигналът според определен модел.
Цифровият осцилоскоп е немислим без възможност завръзка с компютър. Поради това в моделите на цифровите осцилоскопи се правят следните промени: USB интерфейс - осигуряващ висока скорост на предаване; RS232 интерфейс GPIB порт - за работа на осцилоскопа в системата CPC. Някои модели цифрови осцилоскопи GOODWILLInstek включват поддръжка на български език както в потребителски интерес, така и в софтуер.