7.3 Цифрові осцилографи

Істотним кроком вперед шляхом автоматизації змін є створення цифрових осцилографів, в яких аналоговий досліджуваний сигнал відразу ж у вхідному блоці перетворюється на цифрову форму і запам'ятовується в блоці пам'яті. Зафіксований у пам'яті сигнал може бути використаний для відображення його на екрані ЕЛТ, плоскому екрані або будь-яким іншим способом.

Поряд з підвищенням точності осцилоградування цифрові осцилографи дозволяють повністю автоматизувати процес вимірювання, здійснювати дистанційне керування режимом роботи, проводити математичну та логічну обробку інформації. Використання матричних екранів (ЖКІ) знижує габарити та масу цифрових осцилографів та усуває необхідність застосування джерел живлення високої напруги.

Спрощена структурна схема цифрового осцилографа представлена малюнку 7.8. Вихідний досліджуваний сигнал U(t) подається на вхідний пристрій, який здійснює посилення та узгодження амплітудних та потужних характеристик з вхідними параметрами аналого-цифрового перетворювача АЦП. Таким чином, посилений до необхідного рівня Uн(t) сигнал надходить на АЦП. Миттєве значення нормованого сигналу Uн (t)

У моменти часу tk, що задаються генератором Г, перетворюються на цифрові еквіваленти N(tk) і запам'ятовуються в регістрі пам'яті Р. Синхронно з моментом взяття цифрових відрахунків N(tk) імпульси t надходять на лічильник См, де з'являється код, що рівномірно наростає в часі. КодиN(tk) у відбиваючому пристрої ОУ перетворюються на керуючі сигналиN, Викликають вертикальне переміщення точки екрану ОУ, що світиться, а кодиM(tk) перетворюються в керуючі сигналиM, що викликають горизонтальне переміщення світиться точки екрану ОУ. При переповненні лічильника Див, останній займаний вихіднеположення, при якому точка, що світиться, також повертається у вихідне положення на екрані, готуючи новий цикл отримання зображення осцилограми.

Малюнок 7.8 Структурна схема цифрового осцилографа.

Процес рівномірного набору коду лічильником ЗМІ скидання його у вихідне положення імітує тимчасову розгортку осцилографа аналогічно лінійно - напругі, що змінюється в електроннопроменевому осцилографі.

При відображенні сигналу в ЕПТ, коди, що відповідають цифровим відлікам, перетворюються на ЦАП в напругу, яка надходить на вертикально відхиляє систему трубки, а коди, що відповідають тимчасової розгортці, через ЦАП подаються на систему трубки, що відхиляє горизонтально.

Якщо ОУ побудовано на матричної індикаторної панелі, то коди вертикального і горизонтального відхилення перетворюються на позиційну форму і вибирають один з рядків і один із стовпців матричної панелі, в перехресті яких виникає крапка, що світиться. ОУ індукує осцилограми (одну або кілька) вимірювальних сигналів, що виводить знакографічну інформацію, отриману в результаті вимірювальних та обчислювальних процедур, мітки та маркери.

Блок управління осцилографом включає мікропроцесор, який керує роботою блоків, здійснює синхронізацію, задає режими роботи приладу, здійснює логіко-математичну обробку сигналів, здійснює зв'язок цифрового осцилографа із зовнішніми пристроями та оператором.

Сучасна мікропроцесорна техніка дозволяє шляхом включення її в цифровий осцилограф вирішувати практично всі функціональні завдання, що виникають при дослідженні сигналів, покращувати метрологічні та масогабаритні характеристики.

В даний час основними виробниками цифрових осцилографів є такі фірми,як "Tektronix", "GOOGWILLInstek", "Kreatek" та ін. пропускання. Всі моделі приладів мають розвинену систему синхронізації, яка забезпечує, наприклад, запуск розгортки ТВ сигналу, і режим автоматичних вимірювань 15 стандартних параметрів. Функція швидкого перетворення Фур'є (БПФ) дозволяє проводити тестування та пошук несправностей шляхом аналізу частоти та рівня гармонік на вході схеми. Автоустановка параметрів посилення, розгортки та синхронізації для сигналів синусоїдальної, прямокутної форми та ТБ сигналів дозволяє проводити автоматичні вимірювання основних амплітудно-часових параметрів. Ця ж функція додатково дозволяє спостерігати фронти сигналів (наростання та зріз), переглядати ТБ сигнал по кадрах та рядках, аналізувати складові БПФ. Майстер – контроль дільників, що підключаються, забезпечує встановлення необхідного коефіцієнта поділу і своєчасне калібрування пробника дільника. Інформація про стан органів управління, параметри поточної конфігурації та ін. виводитиметься на екран за допомогою контекстного меню підказок. Кольоровий (ч/б) рідкокристалічний дисплей диференціює режим спостереження сигналів по кожному каналу та комплексного сигналу, передбачено виведення вимірювальної інформації з осцилографа через комутаційний модуль TDS2CMA на друк та інші зовнішні пристрої.

Основні технічні характеристики ЦО.

- дисплей - ч/б або кольоровий;

- смуга пропускання – до 350 МГц;

- Кількість каналів – 2 – 4;

- синхронізація -внутрішня, зовнішня;

- Частотидискретизації - до 2 Гвиб/с;

- Об'єм пам'яті – 2.5 Кбайт, 125 Кбайт;

- Дозвіл по вертикалі – 8 біт;

- Коефіцієнт відхилення -дискретно

від 2мВ/діл - 5В/діл-плавна

- Вимірювальний вхід - відкритий (DC), закритий (АС

- Вхідний імпеданс – 1Мом, 20 пФ;

- Коефіцієнт розгортки -1нс/поділ – 50с/поділ;

Деякі пояснення роботи цифрового осцилографа проведені нижче.

Запис осцилограм у внутрішню пам'ять:

Ця можливість є зараз стандартною для всіх цифрових осцилографів і дозволяє записувати на згадку до двох осцилограм і згодом виводити їх на екран для порівняння з осцилограмою поточного часу. Одночасно на екран виводиться дані про стан органів управління, при яких було здійснено запис осцилограми.

Автоматичні та маркерні вимірювання:

Одна з функцій цифрового осцилографа, що найбільш використовуються, - це автоматичні вимірювання. Вона дозволяє одним осцилографам замінити такі прилади як вольтметр, частотомір, аналізатор спектра сигналу, вимірювач часових інтервалів. У цьому режимі пристрій забезпечує вимірювання 15 параметрів вхідного сигналу. Тимчасові параметри – частоти (F), період (Т), час наростання, час спаду, шпаруватість імпульсів, тривалість імпульсу (позитивну та негативну). Амплітудні параметри – максимальне та мінімальне значення (Vmax,Vmin), розмах від піку до піку (Vp-p), середньовипрямлене, середньоквадратичне, середньо амплітудне значення.; середнє з мінімального (VIo) та максимального значення (Vhi). Одночасно на екран можна виводити до 5 параметрів, що вимірюються по кожному каналу, плюс результат вимірювання частоти 6-ти розрядним частотоміром. Якщо виникає необхідність проведення вимірюваньвідмінних від стандартних – у розпорядженні користувача маркерні виміри по горизонталі по вертикалі, що забезпечує як абсолютні виміри по відношенню до початку осей часу і амплітуди, так і вимірювання між курсорами.

Режим роботи схеми синхронізації:

Крім традиційних, для більшості осцилографів, режимів запуску розгортки, таких як автоматичний, чекаючий і одноразовий запуск розгортки, цифрові осцилографи мають унікальний режим запуску розгортки - це: запуск розгортки за тривалістю імпульсу, затримка запуску розгортки за часом, затримка телевізійних рядків

Запуск розгортки за тривалістю імпульсу:

У цьому режимі запуск розгортки відбувається за тривалості імпульсу відповідним певним умовам. Ці умови можуть бути: тривалість імпульсу дорівнює заданому значенню, тривалість імпульсу не дорівнює заданому значенню, тривалість імпульсу більше заданого значення і тривалість імпульсу менше заданого значення. При збігу заданих умов для тривалості імпульсу відбувається запуск розгортки.

Затримка запуску розгортки за часом:

Користувач може встановити час затримки від моменту появи імпульсу синхронізації до моменту запуску лінії розгортки. Цю затримку можна регулювати в межах 100 нсек - 1.3 мсек.

Затримка запуску розгортки за подією:

Користувач може встановити кількість подій (імпульсів) від моменту появи імпульсу синхронізації до моменту запуску лінії розгортки. Користувач може регулювати кількість імпульсів у межах 2…6500.

Виділення телевізійних рядків:

У цьому режимі є можливим виділення ТБ рядків у системах телебачення PAL, SECAM, NTSC за заданим номером рядкаі поля, причому на відміну аналогових осцилографів яскравість світіння променя у цьому режимі залежить від вибраного режиму.

Швидке перетворення Фур'є:

БПФ стало можливим завдяки застосуванню в осцилограф мікропроцесора з високою швидкодією. Це по суті цифровий програмний аналізатор спектру з непоганим динамічним діапазоном, він дозволяє оперативно відобразити спектр сигналу, що зараз присутній на екрані осцилографа і виміряти параметри всіх його гармонік.

Цей режим роботи приладу дозволяє у внутрішню пам'ять записати стан всіх органів управління, включаючи не тільки положення перемикачів В/Справ та Час/Справ, але рівня і режимів синхронізації, режимів роботи каналів, режимів вимірювання і т.д. Виклик цих профілів з пам'яті досить простий і значно скорочує час установки органів управління під час проведення великої кількості однотипних операцій (вимірювань), у яких необхідно періодично встановлювати різні режими осцилографа.

Режим допускового контролю:

У цьому режимі осцилограф по одному з портів комп'ютера або в ручному режимі з передньої панелі осцилографа записується маска. Це якийсь шаблон, у якого має бути сигнал. Якщо вхідний знаходиться в межах цього шаблону – осцилограф індикує режим «придатний», якщо якась частина вхідного сигналу виходить за межі маски – осцилограф показує режим «не придатний». Гніздо виходу «придатний, непридатний» перебувати на задній панелі. Цей режим може бути застосований у системах телекомунікації для постійного контролю за формою сигналу, або при налагодженні та налаштуванні різного обладнання, коли є необхідність підстроювання сигналу за певним шаблоном.

Цифровий осцилограф немислимий без можливостіпідключення до комп'ютера. Тому в моделях цифрових осцилографів змінюються: інтерфейс USB, що забезпечує високу швидкість передачі; інтерфейс RS232 порт GPIB - для роботи осцилографа в системі КОП. Деякі моделі цифрових осцилографів фірми «GOODWILLInstek» включає українськомовну підтримку як в інтересах користувача, так і в програмне забезпечення.