1. diel - Parametre osciloskopu aneb papier znesie všetko

Technický seriál, ktorý poskytuje budúcemu užívateľovi osciloskopu určitý náhľad pri výbere nového prístroja.

Technická séria – Rady a typy pri výbere osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

V tomto seriáli si nekladieme za cieľ posúdiť, ktorá značka je alebo nie je najlepšia. Chceme len upozorniť čitateľov na časté obmedzenia a úskaly, ktoré nemusia byť na prvý pohľad zjavné. Poskytnúť budúcemu užívateľovi určitý dohľad pri výbere nového osciloskopu. Informácie, ktoré v seriáli uvádzame, vychádzajú z našich dlhoročných skúseností s osciloskopmi a predovšetkým s prístrojmi Teledyne LeCroy, z verejne dostupných informácií a technickej dokumentácie ostatných výrobcov.

Aby sme sa nezaoberali touto problematikou len v teoretickej rovine, zameriame sa na technické parametre prístrojov a rôzne spôsoby merania.

Parametre osciloskopov

Nasledujúcu otázku väčšina z vás veľmi dobre pozná. Máme signál, ktorý chceme merať, na osciloskope sa ukazuje jeden konkrétny parameter, ktorý bije do očí. Nie je niekde skrytý zádrhol?

Ak chcete nájsť odpoveď na túto otázku, musíte naozaj dobre poznať konkrétny merací prístroj alebo sa podrobne oboznámiť s mnohými stovkami strán príručky. V letákoch a dokumentácii prístroja sa často uvádzajú maximálne parametre prístroja, ale bez vzájomného prepojenia.

Uvádzame niekoľko príkladov

• Pre rýchlosť odberu vzoriek je uvedený parameter 5GS / s. Hlbšie v manuáli možno dohľadať, že tento parameter platí len ak sú aktívne dva kanály zo 4.

• Osciloskop 1 GHz má rozlíšenie 16b, ale tento parameter nie je rozlíšenie AD meniča, ale ENOB a to na sinusový signál a navyše len pri frekvenciách 10kHz-50 Mhz.

• Osciloskop má 4 anologové a 16 digitálnych kanálov, ale použitím tzv. kšandy s digitálnymi vstupmi sa zablokuje analógový kanál.

• Pozrime sa na základné parametre digitálneho osciloskopu. O čom je dobré premýšľať pri výbere nového prístroja a aké otázky si položiť pred kúpou.

Základné parametre digitálneho osciloskopu

Počet kanálov

Čo sa stane s ostatnými parametrami, keď použijem všetky dostupné kanály? Nezablokuje si použitím logických kanálov analógov?

Šírka frekvenčného pásma

Čo mi môže zraziť šírku pásma? Ako ju možno zvýšiť?

Vertikálne rozlíšenie

Opisuje mi údaj v DataSheet vr ADC alebo vr celého osciloskopu s rôznymi nastaveniami a obmedzeniami? Nie je to ENOB?

Rýchlosť odberu vzoriek

Aký má táto rýchlosť vzťah k iným parametrom?

Veľkosť akvizičné pamäte

Je to naozaj rýchla akvizična pamäť?

SW zariadenia

Čo je dostupné v základnej zostave? Čo si môžete kúpiť a naprogramovať?

Vertikálne rozlíšenie osciloskopu

Je to jeden z najdôležitejších parametrov, spolu so šírkou frekvenčného pásma BWD a vzorkovacou rýchlosťou. Určuje, do akej miery sme schopní rozlíšiť napäťové úrovne signálu v závislosti od času. Ide nám o to, čo najpravdepodobnejšie previesť nameraný signál do pamäte osciloskopu, aby sme mohli merať jeho parametre a zobraziť si jeho časový priebeh.

Predpokladajme, že sme zvolili vhodný spôsob merania (napr. vhodné sondy a impedančné úpravy). Aké otázky by sme si mali v tejto súvislosti odpovedať.

Aký je AD prevodník?

Máme konvertor AD 8b - 256 úrovní. 10b – 1024 úrovní alebo 12b – 4096 úrovní? Ťahá tento prevodník všetky analógové kanály naraz? Alebo sa to nejakým spôsobom negatívne prejaví na ostatných parametroch osciloskopu?

Dostanú sa mi všetky takto namerané údaje do pamäte osciloskopu alebo mi ich niečo orezné prípadne zmení?

Hoci princíp digitálneho osciloskopu je každému zhruba jasný, technologické prevedenie od jednotlivých výrobcov sa môže výrazne líšiť.
 

AD prevodník určuje základné rozlíšenie osciloskopu, aby sme mohli dosiahnuť ešte vyššie rozlíšenie, získané údaje možno upraviť a ďalej spracovať. Tieto úpravy nás môžu aj nepríjemne prekvapiť.

• Prvá vec, na ktorú sa môžeme pozrieť, je priemer. Keď však meráme jednorazové udalosti, je táto zásada nepoužiteľná a musíme sa opäť spoľahnúť na rozlíšenie ADC.
• Druhý nápad bude pravdepodobne používať LP filtre. Tento princíp nám dokáže v niektorých prípadoch zvýšiť ENOB, ale za cenu drastického zníženia šírky frekvenčného pásma osciloskopu (8b) DC-1GHz → (16b) 10kHz-50 MHz.
• Tretia možnosť je vykonanie vážených priemerov v jednom zázname priebehu signálu.

Často sa tieto technológie kombinujú do jedinečnej funkcie.

High Definition ( Rohde&Schwarz)

HiRes (Tektronix, Keysight)

Eres (Lecroy)

Výsledný signál môže byť na hony vzdialený realite. Potom záleží na HW architektúre a SW jednotlivých osciloskopov, či užívateľ na tieto úskalí upozorní alebo dokáže zaznamenať a zobraziť súčasne surový aj upravený signál.

Na záver tohto dielu sa pozrieme, aký vplyv má použitie Eres (Wave Pro HD LeCroy) a High Definition (RTO2K Rohde & Schwarz) na BWD osciloskope. Údaje sú prevzaté z verejne dostupných manuálov a informácií od jednotlivých prístrojov. Z uvedeného grafu si možno ľahko prečítať, čo takéto obmedzenie šírky pásma môže vykonať s tvarom komplexnejšieho signálu. Pre predstavu stačí obdĺžnik, ktorý síce má obdobie o vhodnej frekvencii, ale jeho vyššie frekvenčné zložky sa môžu dostatočne výrazne utlmiť LP filtre.

Zdroj:

Blue Panther: https://blue-panther.cz

Oscilloscopes Blog: https://oscopes.info

Rohde & Schwarz R&S®RTO2000 Digital Oscilloscope 2017 https://www.rohde-schwarz.com

Teledyne LeCroy Wave Pro HD 2018 https://teledynelecroy.com/

Máte po prečítaní tejto časti ďalšie otázky alebo sa vám v hlave objavili témy z tejto oblasti a radi by ste sa o nich dozvedeli viac.Pošlite nám ich na formulári uvedenom nižšie. V ďalších dieloch nášho technického seriálu sa podrobnejšie pozrieme na metódy navyšovania bitového rozlíšenia, pojmy SNR, ENOB a ako nám jednotlivé komponenty osciloskopu ovplyvňujú meranie.

V tomto seriáli si nekladieme za cieľ posúdiť, ktorá značka je alebo nie je najlepšia. Chceme len upozorniť čitateľov na časté obmedzenia a úskaly, ktoré nemusia byť na prvý pohľad pri výbere osciloskopu pre vašu prácu zjavné. Chceme vám poskytnúť určitý pohľad pri výbere nového osciloskopu. Informácie, ktoré v seriáli uvádzame, vychádzajú z našich dlhoročných skúseností s osciloskopmi a predovšetkým s prístrojmi Teledyne LeCroy, z verejne dostupných informácií a technickej dokumentácie ostatných výrobcov. Aby sme sa nezaoberali touto problematikou len v teoretickej rovine, zameriame sa na technické parametre prístrojov a rôzne spôsoby merania. 

Obsah tohto seriálu môžete tiež ovplyvniť! Vítame vaše pripomienky, návrhy tém, vaše skúsenosti, ktoré môžete poslať na e-mail bohumil.vitovec@blue-panther.cz.

Ďalši diel / Všetky diely