reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© rob hill dreamstime.com Technologie | 23 lutego 2016

Oscyloskopowe pomiary wysokiej rozdzielczo艣ci do 16bit (Cz臋艣膰 II)

Wprowadzenie oscyloskop贸w wysokiej rozdzielczo艣ci stanowi odpowied藕 na rosn膮ce potrzeby bardziej zaawansowanej analizy sygna艂贸w w takich zastosowaniach, jak lotnictwo i astronautyka, motoryzacja, medycyna i analiza zu偶ycia mocy - prezentujemy II cz臋艣膰 artyku艂u, zawieraj膮c膮 opis przyk艂adowych pomiar贸w w trybie HD .
4. Przyk艂adowe pomiary w trybie HD

4.1. Wizualizacja zwi臋kszenia rozdzielczo艣ci pionowej

Oscyloskopy RTO i RTE mog膮 w 艂atwy spos贸b pokaza膰 zwi臋kszenie rozdzielczo艣ci pionowej (precyzji) w trybie HD. Rysunek 4-1 pokazuje przyk艂adowy przebieg sygna艂u kalibruj膮cego sond臋 o cz臋stotliwo艣ci 1 kHz oraz jego powi臋kszenie na ekranie oscyloskopu RTO z pasmem 4 GHz.

Ustawiaj膮c wy艣wietlanie przebiegu na lini臋 kropkowan膮 i w艂膮czaj膮c interpolacj臋 (sample&hold ) mo偶na zaobserwowa膰 poziomy kwantyzacji 8-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego. Poziomy kwantyzacji zosta艂y zmierzone za pomoc膮 poziomych kursor贸w 鈥 w tym przypadku r贸偶nica wynosi 7,3 mV. Jest to zgodne z oczekiwan膮 warto艣ci膮: 190 mV/div * 10 div /28.


Obrazek 4-1. Poziomy kwantyzacji w normalnym trybie pracy

Jest to domy艣lny tryb akwizycji w przyrz膮dach RTO/RTE. Nast臋pnie zosta艂 w艂膮czony tryb HD. W menu Mode pozycja Mode zosta艂a zmieniona z 鈥濶ormal” na 鈥濰igh definition”, a pasmo filtru ustawiono na 1 GHz. Na obrazku 4-2 wida膰 wyra藕n膮 r贸偶nic臋. Pomi臋dzy liniami kursor贸w pojawi艂y si臋 4 dodatkowe poziomy kwantyzacji. Odpowiada to zmianie rozdzielczo艣ci poziomej z 8 bit贸w na 10 bit贸w w trybie wysokiej rozdzielczo艣ci. Pasmo filtru jest r贸wne 1 GHz.

Oscyloskopy RTO oraz RTE informuj膮 o aktywnym trybie HD na pasku sygna艂u. RTO informuje o ustawionym pa艣mie za pomoc膮 ikony. Obie informacje s膮 oznaczone czerwon膮 obw贸dk膮 na obrazku 4-2.


Obrazek 4-2. Poziomy kwantyzacji w trybie HD

4.2. Detekcja ma艂ych sygna艂贸w

W poprzedniej cz臋艣ci zosta艂 pokazany zysk w postaci zwi臋kszonej rozdzielczo艣ci poziomej. Bardziej zbli偶onym do rzeczywisto艣ci scenariuszem jest analiza silnego sygna艂u z ma艂ymi zaburzeniami. W takiej sytuacji wysoka rozdzielczo艣膰 staje si臋 bardzo pomocna, poniewa偶 zmniejszenie skali poziomej nie pozwoli przeanalizowa膰 zaburze艅. Sygna艂 wysokiej warto艣ci przekroczy zakres pracy oscyloskopu i spowoduje przesterowanie 鈥 co uniemo偶liwia pomiar.

Obrazek 4-3 przedstawia sygna艂 sinusoidalny o amplitudzie 1 V i cz臋stotliwo艣ci 5 kHz w maksymalnym powi臋kszeniu. Na zrzucie ekranu wida膰, 偶e sygna艂 zawiera wysoki poziom szum贸w, a zaburzenia s膮 ledwo widoczne. Za pomoc膮 kursor贸w mo偶na zmierzy膰 poziomy kwantyzacji co najwy偶ej 5,1 mV.

W takiej sytuacji tryb HD pozwala u偶ytkownikowi zaobserwowa膰 wi臋cej szczeg贸艂贸w sygna艂u (obrazek 4-4). Tryb jest w艂膮czany za pomoc膮 menu wyboru trybu. Pasmo jest zaw臋偶ane krok po kroku, dzi臋ki czemu wida膰 popraw臋 jako艣ci wykresu. Przy pa艣mie 30 MHz powi臋kszony fragment wykresu wyra藕nie pokazuje zaburzenia sygna艂u.

Co wi臋cej, tryb HD pozwala nie tylko wykry膰 s艂abe sinusoidalne zaburzenie, ale te偶 je przeanalizowa膰. Za pomoc膮 kursor贸w mo偶liwy jest pomiar cz臋stotliwo艣ci zaburzenia 1,02 MHz i amplitudy 4,9 mV. Obie warto艣ci dobrze pasuj膮 do parametr贸w, z kt贸rymi zosta艂 wygenerowany ten z艂o偶ony sygna艂. Ten poziom amplitudy jest ni偶szy, ni偶 nominalna rozdzielczo艣膰 przetwornika ADC 鈥 warto艣膰 najm艂odszego bitu to 5,08 mV (130 mV/div * 10 div/28).


Obrazek 4-3. Analiza sygna艂u z rozdzielczo艣ci膮 poziom膮 8 bit贸w


Obrazek 4-4. Analiza sygna艂u w trybie HD

4.3. Poprawa czu艂o艣ci uk艂adu wyzwalania

W cz臋艣ci 3.3 zosta艂 om贸wiony wzrost czu艂o艣ci uk艂adu wyzwalania w trybie HD. W tej cz臋艣ci zosta艂 przedstawiony przyk艂ad, kt贸ry demonstruje t膮 unikaln膮 cech臋 trybu HD dost臋pnego w przyrz膮dach RTO oraz RTE.

Obrazek 4-5 przedstawia sygna艂 zegarowy o cz臋stotliwo艣ci 250 kHz i amplitudzie 500 mV, kt贸rego czas narastania jest wzgl臋dnie d艂ugi i wynosi 500 ns. Du偶y wykres po艣rodku obrazka to powi臋kszenie przebiegu widocznego w g贸rnej cz臋艣ci w pobli偶u punktu wyzwolenia. Powi臋kszony obszar ma bardzo ma艂y zakres pionowy, przez co szumy nie mieszcz膮 si臋 w ca艂o艣ci w obszarze okna.


Obrazek 4-5. Analiza sygna艂u zegarowego 250 kHz

Tryb HD pozwala wy艣wietli膰 wi臋cej szczeg贸艂贸w sygna艂u. Bez zmiany ustawie艅 okna uruchomiony zosta艂 tryb HD w menu wyboru trybu. Zaburzenie w g贸rnej cz臋艣ci stanu wysokiego sygna艂u zegara staje si臋 wyra藕nie widoczne wraz z zaw臋偶aniem pasma.

Rysunek 4-6 pokazuje dzia艂anie trybu HD oraz szeroko艣ci pasma 30 MHz na sygna艂. Cho膰 przebieg widoczny w g贸rnej cz臋艣ci pozosta艂 bez zmian w stosunku do poprzedniego ekranu, powi臋kszony obraz pokazuje zaburzenie o warto艣ci 2 mV nad poziomem stanu wysokiego, zmierzone kursorami.

Okazuje si臋, 偶e zaburzenie wyst臋puje tylko czasami, poniewa偶 w powi臋kszeniu wida膰 stabilne nak艂adanie si臋 bit贸w niezale偶nie od tego zaburzenia. Do tego momentu oscyloskopy wysokiej rozdzielczo艣ci mog膮 pokazywa膰 zbli偶one rezultaty.

Jednak aby zrozumie膰 zachowanie tego zaburzenia w czasie trzeba okre艣li膰 czas jego wyst膮pienia i ustawi膰 wyzwalanie na ten detal sygna艂u. Nie jest to 艂atwe, poniewa偶 wymagana jest bardzo du偶膮 czu艂o艣膰. Czu艂o艣膰 jest r贸wna r贸偶nicy mi臋dzy maksymalnym poziomem sygna艂u bez zaburzenia a minimaln膮 wysoko艣ci膮 zaburzenia. Zmierzona warto艣膰 2,0 mV jest mniejsza, ni偶 warto艣膰 najm艂odszego bitu 8-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego r贸wna 2,5 mV. (65 mV/div * 10 div/28).


Obrazek 4-6. Analiza sygna艂u zegarowego 250 kHz w trybie HD

Cyfrowy uk艂ad wyzwalania przyrz膮d贸w RTO i RTE wykorzystuje zwi臋kszon膮 rozdzielczo艣膰 trybu HD w przeciwie艅stwie do konwencjonalnych oscyloskop贸w wysokiej rozdzielczo艣ci. Na przyk艂adzie sygna艂u zegarowego wida膰, jak cyfrowy uk艂ad wyzwalania RTO/RTE potrafi wyizolowa膰 zaburzenie na tle zwyk艂ych bit贸w i przedstawi膰 przebieg bez udzia艂u tych bit贸w.
Aby wy艣wietli膰 wy艂膮cznie zaburzenie, poziom wyzwalania ustawiony wcze艣niej na warto艣膰 艣redni膮 sygna艂u (284 mV) zosta艂 podwy偶szony do 492 mV, w samym 艣rodku zaburzenia mi臋dzy widocznymi kursorami (czerwona przerywana linia na obrazku 4-7). Co wi臋cej, histereza uk艂adu wyzwalania zosta艂a zmniejszona do zera, aby wyzwalanie mia艂o miejsce dok艂adnie na zaburzeniu. Obie funkcje - arbitralna konfiguracja histerezy uk艂adu wyzwalania i czu艂o艣膰 poni偶ej najm艂odszego bitu przetwornika ADC 鈥 s膮 dost臋pne tylko dzi臋ki cyfrowemu uk艂adowi wyzwalania i stanowi膮 unikalna cech臋 przyrz膮d贸w RTO oraz RTE.

Obrazek 4-7 przedstawia wynik. Dzi臋ki zwi臋kszonej czu艂o艣ci przyrz膮dy RTO i RTE s膮 stabilnie wyzwalane na ma艂ym zaburzeniu, ale ju偶 nie na przestrzale w chwili czasowej -85 ns. Taka sytuacja spowodowa艂aby niestabilno艣膰 przebiegu na g贸rnym wykresie. Oscyloskop nie pomija r贸wnie偶 przebieg贸w, poniewa偶 cz臋sto艣膰 od艣wie偶ania przebieg贸w jest taka sama, jak dla poprzedniego ustawienia poziomu wyzwalania na warto艣ci 248 mV.

Za pomoc膮 trybu historii lub drugiego okna z powi臋kszeniem (obrazek 4-8) u偶ytkownicy mog膮 zaobserwowa膰 zniekszta艂cenie powtarzaj膮ce si臋 na co 17. impulsie. Okres powt贸rze艅 zosta艂 na obrazku 4-8 oznaczony czerwon膮 strza艂k膮. Mo偶liwa jest dalsza analiza w celu okre艣lenia zwi膮zku tego zachowania z innymi uk艂adami w obwodzie.


Obrazek 4-7. Analiza sygna艂u z wyzwalaniem ustawionym na detalu przebiegu


Obrazek 4-8. Analiza sygna艂u pokazuje powtarzaj膮ce si臋 zaburzenie

5. Podsumowanie

Rozszerzenie wysokiej rozdzielczo艣ci K17 dla przyrz膮d贸w RTO i RTE jest skutecznym narz臋dziem, kt贸re zwi臋ksza rozdzielczo艣膰 pionow膮 oscyloskopu do 16 bit贸w. Dzi臋ki temu rozszerzeniu u偶ytkownicy b臋d膮 modli analizowa膰 zasilacze impulsowe, sygna艂y radiowe z modulacj膮 amplitudy lub jitter. Analiza jitteru wymaga oscyloskopu o wysokiej szybko艣ci i 艣redniej rozdzielczo艣ci, a pozosta艂e wymienione 鈥 艣redniej szybko艣ci i wysokiej rozdzielczo艣ci. Teraz wszystkie te zastosowania mo偶e obs艂u偶y膰 jeden oscyloskop.

Zysk rozdzielczo艣ci uzyskany metodami cyfrowego przetwarzania sygna艂贸w wymaga wysokiej jako艣ci analogowych uk艂ad贸w wej艣ciowych oraz przetwornika analogowo-cyfrowego, kt贸rego efektywna liczba bit贸w (ENOB) jest bliska jego nominalnej rozdzielczo艣ci. Przyrz膮dy RTO oraz RTE spe艂niaj膮 te wymagania. Jest to wa偶ne, poniewa偶 wzrost rozdzielczo艣ci ma wp艂yw na warto艣膰 ENOB, a nie na nominaln膮 rozdzielczo艣膰 przetwornika.

Tryb HD przynosi wi臋cej korzy艣ci, ni偶 tylko wzrost rozdzielczo艣ci pionowej. Dzi臋ki cyfrowemu uk艂adowi wyzwalania przyrz膮dy RTO i RTE mog膮 wykorzysta膰 zwi臋kszon膮 rozdzielczo艣膰 do stabilnego wyzwalania na ma艂ych detalach sygna艂u, w przeciwie艅stwie do oscyloskop贸w z tradycyjn膮 architektur膮. Ponadto to rozszerzenie zachowuje wysok膮 cz臋stotliwo艣膰 pr贸bkowania, nie powoduje aliasingu i pozwala na dalsz膮 decymacj臋 w celu oszcz臋dnego gospodarowania pami臋ci膮 akwizycji. Tym samym umo偶liwia uzyskanie d艂ugiego czasu akwizycji.

Przyrz膮dy RTO oraz RTE w po艂膮czeniu z rozszerzeniem K17 High Definition mo偶e by膰 lepszym rozwi膮zaniem dla u偶ytkownika, ni偶 konwencjonalne oscyloskopy wysokiej rozdzielczo艣ci. Jest to wszechstronny przyrz膮d przydatny w wielu zastosowaniach.

漏 Rohde&Schwarz

Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci Rohde&Schwarz, Autor : 艁ukasz Gier艂owski
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
December 05 2018 15:01 V11.10.4-1