5. diel - Ako dostať zo svojho digitálneho osciloskopu maximum

V tomto diele nášho technického seriálu sa zameriame na typické vlastnosti osciloskopu. Poskytneme vám niekoľko rád, ako ich najlepšie využiť pri vašej práci.

Technická séria – Rady a typy pri výbere osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

Dnešné digitálne osciloskopy sú tak nabité veľkým množstvom všemožných funkcií a vlastností, ktoré majú uľahčiť užívateľovi meranie a interpretáciu výsledkov, pretože už len orientácia v nich môže byť pre používateľov náročná. Môže sa tak jednoducho stať, že užívateľ je zaplavený informáciami a zabudne, čo všetko jeho osciloskop vie. Preto sa dnes pozrieme na typické vlastnosti osciloskopov a poskytneme vám niekoľko odporúčaní, ako a kedy ich môžete najlepšie využiť pri svojej práci. Ak uvažujete o zakúpení nového osciloskopu, pripomeneme vám, čo pri výbere nového prístroja nezabudnete zvážiť.

Šírka pásma

Jedným z najzákladnejších parametrov digitálneho osciloskopu je šírka pásma. Musia sa zohľadniť dva typy šírky pásma. Po získaní signálu bola analógová šírka pásma na vstupnom signálu osciloskopu definovaná v bode -3 dB alebo frekvencii, pri ktorej je sinusový vstupný signál oslabený na 70,7% jeho skutočnej amplitúdy.

Ak potrebujete čo najpresnejšie merať amplitúdu, ktorú váš prístroj môže urobiť, uistite sa, že šírka pásma osciloskopu je päťkrát väčšia ako šírka signálu, ktorý chcete merať. Pamätajte, že šírka pásma osciloskopu zahŕňa sondy. Uistite sa tiež, že vaše sondy poskytujú dostatočnú šírku pásma pre danú úlohu.

Digitálna šírka pásma osciloskopu určuje aktuálnu šírku pásma, ktorú uvidíte na displeji. Pri nastavení horizontálnej časovej základne (v čase / rozdelení podľa zobrazenia mriežky) nastavujete okno zachytenia. Ak nepoužijete správnu vzorkovaciu frekvenciu s dostatočnou pamäťou, vaša efektívna digitálna šírka pásma bude menšia, ako sa očakáva.. 

Obrázek 1

Frekvencia odberu vzoriek

Ak sa pozriete na sinusovú vlnu, uistite sa, že vzorkovacia frekvencia je najmenej dve vzorky / cyklus (rýchlosť Nyquist). Pre signály s vyššou frekvenciou, napríklad pravouhlý priebeh, je potrebné použiť najmenej 4x - 10x prevzorkovanie. Obrázok 1 znázorňuje rozdiel medzi akvizíciou vykonanou s nedostatočnou vzorkovacou rýchlosťou (horná časť) a druhou, ktorá zachytáva dobré množstvo detailu signálu (dolná časť).

Ak používate osciloskop Teledyne LeCroy, máte príjemnú výhodu. Táto značka osciloskopov umožňuje jednoducho si nastaviť, aby osciloskop uprednostňoval pamäť alebo vzorkovaciu frekvenciu. Ako je to možné?

Dotykom na deskriptore časovej základne nástroja na displeji (obrázok 2) sa otvorí dialógové okno časovej základne. Vo východiskovom nastavení bude časová základňa nastavená na hodnotu: Nastaviť maximálnu pamäť (Set Maximum Memory). Alebo vyberte Fixed Sample Rate. Prvý postup prednastavenia zníži frekvenciu odberu vzoriek na dlhšie nastavenie časovej základne. Druhý postup (obrázok 2, dolná časť) udržiava frekvenciu odberu vzoriek v akomkoľvek nastavení, ktoré si zvolíte, a potom pridá alebo odpočíta pamäť na získavanie podľa potreby na udržanie danej efektívnej digitálnej šírky pásma.

Obrázok 2

Vertikálny dynamický rozsah

Vertikálny dynamický rozsah patrí k najdôležitejším atribútom digitálneho osciloskopu. Niektoré prístroje majú analógovo-digitálne (ADC) konvertory s rozlíšením 8 bitov; 10 bitov alebo 12 bitov. Proces ADC sa vykonáva s kvantitatívnou chybou, ktorá je rozdielom medzi kontinuálnym analógovým prietokom, ktorý vstupuje do prevodníka, a digitálnym zobrazením stupňovitým stupňom, ktorý prevodník opúšťa. Ak sa daný bod odberu vzoriek nachádza medzi dvoma digitálnymi krokmi, digitálna hodnota tohto bodu sa zaokrúhli nahor alebo nadol, čo vedie k chybe kvantifikácie.

Z toho vyplýva, že vyššie rozlíšenie ADC prináša menšie kvantitatívne chyby, pretože existuje oveľa viac úrovní kvantifikácie, ktoré sú bližšie rozložené. Osciloskop s 12-bitovým ADC má 16x viac dynamického rozsahu ako s 8-bitovým ADC (obrázok 3). S 8 bitmi dostanete 256 kvantitatívnych úrovní na vertikálne delenie, zatiaľ čo s 12 bitmi dostanete 4096 úrovní. To vám dáva oveľa viac detailov v zobrazenom tvare vlny s presnosťou zosilnenia DC asi o 0,5% oproti 1,5 alebo 2,0% s 8 bitmi.

Obrázok 3

Pre plné využitie ADC všetkých úrovní ADC je dôležité, aby bol snímaný signál už pred vstupom do osciloskopu na vhodnej úrovni napätia. Ak je napätie príliš vysoké pre 50 Ω impedancie (> 5V), jeho úroveň možno znížiť pasívnymi presnými atenuátormi s vysokou šírkou pásma. Pri 1 MΩ impedancii je možné použiť oveľa vyššie napätie, ale okrem toho, že 1 MΩ impedancia môže zaťažiť váš obvod a tým deformovať priebeh signálu, tiež sa zníži šírka pásma akvizičného systému. Je teda zrejmé, že toto riešenie nie je vhodné pre vysoké frekvencie cca > 2 GHz.Pri prepínaní vstupnej impedancie osciloskopu z 1 MΩ na 50 Ω je potrebné venovať pozornosť napäťovej úrovni signálu na danom kanáli. Pri nastavení 50 Ω nesmie dôjsť k prekročeniu maximálneho povoleného napätia!

Ak je signál príliš slabý, takže jeho priebeh je len mierne nad hladinou šumu osciloskopu, nedokážete účinne využiť ADC.  HD načné AD prevodníky, plne neoceníte, ak budete operovať na hraniciach napäťového rozlíšenia osciloskopu. V takom prípade je potrebné signál pred vstupom do osciloskopu zosilniť, použitím vhodných sond či široko-spektrálnych lineárnych zosilňovačov. Tým získate vyšší odstup signálu šum a 12 bitov ADC sa prejaví v plnej paráde. V podstate si týmto postupom efektívne zvýšite ENOB pre daný typ signálu.  Týmto krokom plne využijete možnosti osciloskopu.

Čím lepšie poznáte svoj osciloskop, tým rýchlejšie a spoľahlivejšie ním môžete pracovať. Osciloskopy Teledyne LeCroy vám ponúkajú vysoké technické parametre a sofistikované softvérové nástroje na uľahčenie a spresnenie vašich meraní.​

[1] Getting The Most Out Of Your Oscilloscope: Setup 
https://blog.teledynelecroy.com/2018/01/getting-most-out-of-your-oscilloscope.html [cit.03.01.2019]

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.

Rovnako nás môžete kontaktovať, ak potrebujete radu na mieru.

Ďalši diel  / Všetky diely

Fotografia

12-bitové osciloskopy Teledyne LeCroy HDO4000 a HDO4000-MS

12-bitové štvorkanálové a dvojkanálové digitálne osciloskopy Teledyne LeCroy so šírkou pásma 200 MHz až 1 GHz, pamäťou až 50 M na kanál, vzorkovaním 2,5 GSa/s a možnosťou rozšírenia o interný 16-kanálový logický analyzátor.

Osciloskopy Teledyne LeCroy HDO6000B a HDO6000B-MS

Digitálne osciloskopy s rozlíšením 12 bitov, šírkou pásma 350 MHz do 1 GHz, pamäťou až 250 MS na kanál, vzorkovaním 10 GSa.

Osciloskop Teledyne LeCroy HDO 9000

Veľmi rýchle štviorkanálové digitálne osciloskopy radu HDO 9000 so šírkou pásma 1 GHz až 4 GHz, pamäťou až 128 Mpts na kanál a rýchlosťou vzorkovania až 40 GS/s. Poskytujú výnimočnú vernosť signálu s 10-bitovým rozlíšením.