CC BY
18АКИП-72200A: возможности настольного осциллографа в карманном исполнении
Алексей ШИГАНОВ
shyganov@prist.ru
В статье рассмотрены технические характеристики и особенности новой линейки ультракомпактных uSB-осциллографов АКИП-72200 А с функциональностью «3 в 1» (цифровой запоминающий осциллограф, анализатор спектра, генератор функциональный и сигналов произвольной формы — ФГ/СПФ). Разработчики смогли реализовать прибор — предел мечтаний для полевой диагностики по принципу «все свое ношу с собой» (omnia mea mecum porto). Приведен краткий обзор и описание возможностей ПО PicoScope6 для uSB-осциллографов АКИП. Уникальная миниатюрность, удобство в использовании, высокие технические характеристики и мощные ресурсы управляющего софта — вот лишь некоторые преимущества, которые делают приборы нового модельного ряда оптимальным средством для специалистов оперативного контроля и для выездных измерений.
Введение
Новые USB-устройства АКИП-72200А — это ультракомпактные (14x9x2 см), легкие (200 г) двухканальные цифровые осциллографы реального времени под управлением ПК (рис. 1), представляющие собой реальную альтернативу современным настольным приборам. В новой линейке представлено пять моделей с полосами пропускания 10-200 МГц, которые пришли на смену популярной серии АКИП-4107.
Полностью русифицированное управляющее ПО PicoScope6 рус, демо-версия которого находится в свободном доступе, даже в отсутствие прибора позволяет эмулировать оболочку меню, что позволяет ознакомиться с управлением и функциональностью осциллографа. Системные требования — полная совместимость с ОС Windows XP/Vista/7/8 (кроме Windows RT) 32- или 64-битных
Рис. 1. Внешний вид модели АКИП-72208А
версий. Питание прибора осуществляется по интерфейсной USB-шине подключения, диапазон рабочих температур 0... + 50 °C. Модельный ряд и основные технические характеристики представлены в таблице 1.
Базовые параметры в стандартной комплектации:
• дискретизация до 1 ГГц, временное разрешение до 1 нс;
• автоизмерения параметров (15 в режиме «осциллограф», 11 в режиме «анализатор спектра»);
• расширенное меню синхронизации, в том числе интеллектуальный запуск (восемь типов);
• анализатор спектра в полной полосе пропускания;
• встроенный функциональный генератор сигналов до 1 МГц и генератор сигналов произвольной формы, амплитуда ±2 В;
• декодирование данных: CAN, LIN, I2C, UART/RS-232, SPI, I2S, FlexRay;
• математика и вычисления (30 функций), режим Х-Y, интерполяция sinx/x
• интерфейс USB 2.0.
Осциллограф
Аппаратная часть выполнена на базе 8-битного АЦП (до 12 бит в режиме увеличенного разрешения ERes). Наиболее востребованные разработчиками современного электронного оборудования полосы пропускания 10/25/50/100/200 МГц. Максимальная частота дискретизации от 100 МГц до 1 ГГц, при этом минимальное временное разрешение 1 нс. Режим эквивалентной дискретизации (ETS) позволяет установить максимальную скорость выборки 10 Гвыб./с (для периодического сигнала), что обеспечит разрешение 100 пс. В зависимости от модели внутренняя память составляет 8-48 кбайт.
Анализатор спектра
Одним кликом мыши в меню функций можно открыть новое окно для отображения частотного спектра выбранных каналов (FFT) — от заданного диапазона вплоть до полной полосы пропускания в зависимости от модели USB-осциллографа.
Таблица 1. Основные технические спецификации и варианты замен
характеристики АКИП-72204A АКИП-72205A АКИП-72206A АКИП-72207A АКИП-72208A
Число каналов 2 1
Полоса пропускания, МГц 10 25 50 100 200
Дискретизация, МГц 1 канал 100 200 500 1000 1000
2 канал 50 100 250 500 500
Длина памяти (max), кбайт а 16 32 40 48
Функциональный генератор до 100 кГц (8 форм) до 1 МГц (10 форм)
Генератор СПФ Дискретизация 2 МГц, полоса > 100 кГц, 12-битная память 4 кбайт Дискретизация 20 МГц, полоса > 1 МГц, 12-битная память 8 кбайт
Заменяет модель АКИП-4107/1 АКИП-4107/2 АКИП-4107/3 АКИП-4107/4 АКИП-4107/5 1
Максимальное число точек для спектрального анализа от 128 до 1 млн. Прибор имеет широкое меню настроек параметров для оценки гармоник и управления частотным анализом. К услугам пользователя (на выбор): восемь типов окон отображения и три режима обработки спектрограмм при выводе на дисплей (амплитуда, усреднение, пиковое значение). Доступно отображение нескольких спектрограмм выбранных каналов, можно использовать растяжку (zoom) и анализировать эти данные одновременно с наблюдением входного сигнала во временной области (time-domain). На дисплей может быть выведено любое частотно-временное автоизмерение из большого перечня (всего 11 параметров), в том числе THD, THD+N, SINAD, SNR и IMD (рис. 2).
Генератор
Кроме двух входных каналов А/В, осциллографы имеют разъем BNC (рис. 3), являющийся выходом встроенного генератора AWG для выдачи функциональных сигналов или генерации колебаний произвольной формы. В АКИП-72204A/72205A функциональный генератор имеет диапазон частот от 0,03 Гц до 100 кГц (восемь форм сигналов), в старших моделях АКИП-72206A/72207A/72208A не менее 1 МГц и 10 выходных форм (добавлен белый шум и псевдослучайная последователь-ность/PRBS).
Генератор СПФ имеет разрешение по вертикали 12 бит. При формировании сигнала из 20 точек на период имеет диапазон частот не менее 100 кГц, для моделей АКИП-72206A/72207A/72208A — не менее 1 МГц. Максимальная выходная частота определяется скоростью выборки ЦАП, которая для младших моделей составляет до 2 Mвыб./с (при длине памяти 4 кбайт) и до 20 Mвыб./с — для АКИП-72206A/72207A/72208A (память 8 кбайт).
К выходным сигналам может быть применена функция свипирования (качание ча-стоты/ГКЧ). Закон и направление качания определяются пользователем: нарастание,
Рис. 3. Передняя панель
Рис. 2. Меню параметров в режиме «Анализатор спектра»
J piUQ
"L \ J. ■ . ■ — — - <_ . ------ 1
/ 7
/
—----- О - —,
Рис. 4. Формирование сигнала произвольной формы
убывание (логарифмическое или линейное). Режимы запуска качания — однократный или непрерывный цикл. Функция генератора свипирования с одновременной активацией в одном из каналов режима анализа спектра позволяет быстро проанализировать частотную характеристику фильтров и усилителей.
Управляющее ПО имеет возможности импорта сигналов произвольной формы из файлов данных или позволяет легко нарисовать требуемые эпюры с помощью графического редактора СПФ (AWG editor, рис. 4).
Графический мини-редактор отличает высокая производительность по формированию и удобство видоизменения различных кривых (эпюр). Всего несколько минут потребуется на создание выходного сигнала в виде пачки радиоимпульсов с синусоидальной формой заполнения (sine-burst) — например, «звукового стимулятора» для различных акустических систем (громкоговоритель, электроакустический преобразователь, динамик, спикер, звуковая колонка). Сигнал подобной формы применяется при тестировании фильтров звукового диапазона с целью анализа частотной характеристики.
Такой пакетный сигнал представляет определенные трудности для устойчивой синхронизации, удержания осциллографа в режиме непрерывного сбора данных (так как в моменты отсутствия burst-импульсов изображение на экране нестабильно — все время «прыгает»). Тем не менее даже в этом случае прибор позволяет быстро найти необходимые настройки в меню расширенной
f йнмйам
ллч^н
Рис. 5. Меню расширенной синхронизации
синхронизации (advanced trigger), которые обеспечат стабильную работу (рис. 5).
Декодирование последовательных данных
Дополнительный ресурс тестирования новинок — возможности анализа сигналов последовательной передачи (синхронизация и декодирование). Программное обеспечение АКИП PicoScope6 рус предоставляет возможности декодирования данных различных последовательных шин: CAN, LIN, I2C, UART/RS-232, SPI, I2S, FlexRay. В отличие от обычных логических анализаторов, USB-осциллограф позволяет увидеть исходные электрические сигналы с высоким разрешением и одновременным отображением данных (рис. 6).
Декодированные данные отображаются в специальном окне программы (ниже осциллограммы входного сигнала), таким образом, для их анализа нет необходимости открывать новое окно. При декодировании ошибочные
Рис. 6. Режим «Декодирование последовательных данных»
кадры (error frames) в потоке отмечаются красным цветом. Эти кадры можно увеличить, чтобы исследовать помехи или локализовать возможные искажения. Формат и структура окна обеспечивают отображение списка расшифрованных кадров (сообщений), в том числе данных, всех идентификаторов и флагов.
Доступна настройка условий фильтрации для отображения только интересующих кадров, поиск кадров по заданным условиям, а также определение стартового шаблона для вывода списка данных. Кроме того, возможно создать свою электронную таблицу для декодирования пользовательских данных.
Потоковая оцифровка
Все USB-осциллографы АКИП, в том числе модели новой линейки, поддерживают режим «потоковой» оцифровки данных (data streaming mode, рис. 7), обеспечивая «безразрывный» захват и непрерывную передачу данных через USB-порт непосредственно в ОЗУ и далее на жесткий диск ПК со скоростью 1 Мвыб./с и более1.
Драйверы и комплект для разработки программного обеспечения (SDK) позволяют написать собственный софт (ПО) и управлять интерфейсом с помощью популярных сторонних программных пакетов, таких как LabVIEW и др.
Автоизмерения, математика и отображение
Программно-аппаратная реализация обеспечивает: 15 видов автоматических измерений параметров входного сигнала; курсорные измерения (ДЩ; ДТ; 1/ДТ); режим цифрового регистратора с удобным окном навигации. Рк^соре позволяет сохранять в буфер до 10 000 осциллограмм (межсегментное время 2 мкс) с учетом доступной памяти осциллографа и установленного значения Кразв. Каждый записанный сигнал (проход экранной развертки) хранится в буфере, что позволяет «перемотать» и просмотреть при помощи навигационного окна в пошаговом режиме любой из тысяч предыдущих сигналов. Окно «Буфер» визуально отображает все собранные осциллограммы в виде последовательной цепочки кадров и позволяет быстро найти необходимый участок сигнала. При помощи закладок
«Увеличить» и «Уменьшить» навигационное окно позволяет установить один из трех уровней масштабирования записанных осциллограмм: большой формат, средний, малый.
Схема цифровой синхронизации в максимальной степени снижает время простоя (rearm delay) и, в комбинации с режимом сегментированной памяти (segmented memory), позволяет гарантированно захватывать высокоскоростные процессы или редкие аномалии в потоке входных данных (рис. 8).
Присутствует удобная функция «Тест по маске» (рис. 9а), с помощью которой определяется выход осциллограммы или спектра за пределы допуска, который задается пользователем. Софт обеспечивает автоматическое построение масок «Годен/Не годен» (рис. 9б) по захваченному сигналу либо формирование маски вручную. Тест по маске удобен для визуального наблюдения периодических ошибок и гличей при отладке РЭА, а также для поиска дефектов в процессе тестирования готовой продукции.
Осциллограф будет захватывать любые периодические сбои и отображать суммарный подсчет числа отклонений от маски (рис. 9),
USB-осциллограф АКИП
о_
=^3AMPLER]=
J ^у
Рис. 7. Схема «потоковой» оцифровки
1 Скорость выборки в режиме «потоковой» оцифровки данных определяется спецификациями ОС, параметрами ПК, а также загруженными и активированными приложениями.
Рис. 9. Окно программы в меню «Годен/Не годен»
а также другие статистические данные в окне «Измерения» (Measurements) в нижней части экрана. Редактирование допуска маски осуществляется двумя способами: числовым (%) и графическим (форма), которые используются отдельно или в сочетании друг с другом, позволяя достичь высокой точности ввода отклонений относительно эталонной спецификации. Ресурсы ПО обеспечивают не только изменение существующих допусковых профилей, но и создание масок при помощи экспорта и импорта CSV-файлов данных.
Математическая обработка (сложение, вычитание, умножение, инверсия) допускает возможность создания собственных функций на каждом из входных каналов. Пользователю доступен редактор формул для создания сложных функций: тригонометрическая, экспоненциальная, логарифмы, статистика, интегрирование и производная (рис. 10).
Анализ в режиме X-Y
Специальный режим Х-Y позволяет наиболее полно сравнивать и измерять фазовые характеристики двух сигналов. В режиме Х-Y осциллограф отображает данные с одного канала АЦП относительно другого. Данные с канала А поступают одновременно с данными по каналу В и могут быть пользователем
Рис. 13. Экран в функции multi-screen
произвольным образом выбраны в качестве имеет возможность одновременно отобра-
сигнала развертки АЦП (на горизонтальную жать сигнал в режиме Х-Y и показывать вре-
или вертикальную ось, рис. 11). Осциллограф менную развертку по каждому каналу.
Рис. 14. Меню «Цифровая растяжка»
Координатная сетка
Меню просмотра
Индикатор шкалы
Рис. 11. Меню в режиме Х-Y
Рис. 12. Режим аналогового послесвечения
В функции последовательного накопления осциллограмм различные типы их визуализации позволяют увидеть изменения в исследуемом сигнале. При активации режима «Послесвечение» производится наложение ранее собранных и последующих данных друг на друга с цвето-яркостным выделением участков, имеющих какие-либо изменения (рис. 12). Это поможет легко обнаружить глитчи, артефакты и единичные пульсации, оценить в структуре сигнала частоту появления таких событий с целью их локализации.
У пользователя всегда есть выбор между режимами аналогового послесвечения (persistence) или цветно-яркостного выделения флуктуаций (digital color), а также возможность пользовательской настройки отображения сигнала. Стоит подчеркнуть, что благодаря функции многоэкранного дисплея (multi-screen) все USB-осциллографы АКИП поддерживают функцию одновременной работы генератора, осциллографа или анализатора спектра (рис. 13).
Важно отметить, что визуализация данных (нескольких отображений входного сигнала) производится с индивидуальными параметрами их масштабирования, заданными полосами пропускания и частотами фильтрации для каждого из отображений.
Программное обеспечение позволяет при необходимости увеличить интересующий участок до 50 000 раз («Цифровая растяжка», Zoom), что дает возможность исследовать захваченный сигнал во всех деталях (рис. 14).
Для подавления шумов в меню программного обеспечения можно включить фильтрацию нижних частот. Эта функция полезна
Таблица 2. Полосы пропускания пробников для моделей серии АКИП-7220хА
Пробник Полоса пропускания, МГц
72204A, 72205A, 72206A 60
72207A 150
72208A 250
Рис. 15. Фильтрация участка осциллограммы (в выделенном окне)
при анализе зашумленных сигналов. После включения фильтра исчезают высокочастотные шумы, а форма сигнала остается неизменной (рис. 15, слева — до фильтрации, справа в окне — после).
Заключение
Описанные новинки традиционно имеют полностью локализованный внутренний интерфейс. Меню и все контекстные информационные сообщения ПО отображаются на русском языке, обеспечивается контекстная техническая поддержка в виде справочника пользователя, внедренного в оболочку прибора («Помощь», HELP). Широчайшие возможности измерений и анализа локали-
зованного ПО являются одними из главных преимуществ USB-осциллографов серии АКИП. Благодаря гибкому и удобному структурированному интерфейсу освоение программы и прибора происходит весьма быстро.
Гарантийный срок эксплуатации составляет 5 лет. В комплект поставки входит USB-осциллограф АКИП-7220хА, управляющий софт и CD с дополнительными материалами (драйверы, комплект SDK, РЭ на русском языке), USB-кабель подключения к ПК, пробники (табл. 2) x1/x10 (2 шт.).
Новые осциллографы с полосами пропускания до 200 МГц, широкими измерительными ресурсами и высокими техническими характеристиками легко помещаются в сумку с ноутбуком и даже в нагрудный карман. Они оптимально подходят для измерений в полевых условиях, а также для специалистов по диагностике оборудования, выполняющих тестирование в режиме частых выездов на объекты. Исходя их параметров и ключевых особенностей, АКИП-72200А имеют все шансы быть востребованными в таких сферах применения, как электронный дизайн, исследования и тестирование, техническое проектирование и отладка, образование, эксплуатационное обслуживание и ремонт. ■
новости I измерительная аппаратура
Функциональные генераторы-усилители сигналов
с большой амплитудой выходного сигнала от TOELLNER
Компания TOELLNER (Германия) представляет новую линейку функциональных генераторов, которая состоит из трех серий: АКИП-3414, АКИП-3415, АКИП-3416. Ключевыми преимуществами генераторов являются увеличенный уровень выходного сигнала (до 45 Впик-пик для АКИП-3416/1), высокая выходная мощность (до 63 Вт на R = 8 Ом), а также возможность усиления внешнего сигнала.
Формирование выходного сигнала обеспечивается в диапазоне частот от 0,001 Гц до 44 МГц, в зависимости от модели. Новинки имеют встроенный частотомер 1 Гц-30 МГц (АКИП-3414, АКИП-3416) и 10 Гц-50 МГц для АКИП-3415. Встроенные стандартные формы сигнала представлены четырьмя типами: синусоидальный, прямоугольный, треугольный/пилообразный, импульс. Генераторы поддерживают функции изменения симметрии (%) и установки постоянного напряжения смещения выходного сигнала (DC Offset). Погрешность источника опорной частоты (ОГ) составляет ±2х10-6.
В зависимости от модели номиналы выходного сопротивления составляют ~0/50/600 Ом для обеспечения возможности подключения к различным трактам. Ряд моделей генераторов имеют переключаемый импеданс (выбор из двух номиналов).
На передней панели расположен управляющий вход (EXT IN) с сопротивлением 10 кОм для подачи сигнала от внешних устройств. Это позволяет использовать генераторы в качестве усилителей с рабочим диапазоном усиления внешнего сигнала произвольной формы (СПФ) на 20 дБ в полосе
частот 0-100 кГц. Предусмотрены вход внешней модуляции для управления частотой и глубиной свипирования (VCO IN) и выход синхронизации (Sync Out). Основной функциональный выход защищен от воздействия обратного внешнего напряжения, что позволяет использовать генераторы совместно с индуктивной нагрузкой.
У моделей серии АКИП-3415 имеются выходы сигналов TTL- и ECL-уровня. В дополнение к вышеуказанным возможностям генераторы АКИП-3415/4 и АКИП-3415/6 имеют режим внутренней и внешней амплитудной модуляции (AM).
Все модели оснащены удобными регуляторами с плавной установкой параметров. На встроенном индикаторе генератора отображается значение установленной частоты, поэтому регулятор выходного уровня имеет градуировку для контроля задаваемого значения амплитуды. При необходимости контроль напряжения осуществляется по внешнему вольтметру. Генераторы выполнены в прочном алюминиевом корпусе и имеют компактный размер.
www.prist.ru
