Осциллографы эконом-класса компании LeCroy Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Алексей ШИГАНОВ

[email protected]

Введение

Компания LeCroy, хорошо зарекомендовавшая себя в производстве высокоэффективных и производительных моделей цифровых запоминающих осциллографов, расширила свой модельный ряд выпуском серии ^этеАсе (рис. 1) из шести цифровых осциллографов с полосами пропускания 60, 100, 200 и 300 МГц.

Высокая частота дискретизации осциллографа в реальном времени (максимально — до 2 ГГц), разнообразие полос пропускания, наличие стандартных и прикладных режимов сбора информации (усреднение, послесвечение, пиковый детектор, цифровой регистратор), широкое меню видов и условий синхронизации упрощают захват даже сложных форм сигнала. Осциллографы обеспечивают автопоиск сигнала, автоматическую установку коэффициента развертки, коэффициента вертикального отклонения и уровня запуска в полосе частот от 10 Гц до верхней частоты полосы пропускания (ПП). Осциллографы имеют возможность блокировки запуска развертки (при наступлении условий синхронизации) на время от 100 нс до 1,5 с. Входные каналы моделей WA 222 и WA 232 имеют переключаемое сопротивление 50 Ом/1 МОм, что обеспечивает

Рис. 1. Внешний вид LeCroy WaveAce 102

Осциллографы эконом-класса

компании ЬеСгоу

В статье рассматривается модельный ряд осциллографов серии WaveAce ведущего мирового производителя цифровой осциллографии компании LeCroy (США). Описаны технические возможности, функциональность при эксплуатации и обработке данных, а также особенности применения этих приборов.

при необходимости согласование нагрузки и снимает ряд ограничений на подключение пассивных пробников. Все перечисленные достоинства в совокупности делают WaveAce ценным инструментом для разработки электронно-цифровых устройств, отладки трактов и поиска неисправностей.

Основные характеристики:

• Разрешение АЦП: 8 бит.

• 2 канала с ПП: 60, 100, 200, 300 МГц (всего 6 моделей).

• Максимальная частота дискретизации: 2 ГГц ^А222/232), 1 ГГц ^А202/212), 500 МГц (ША102/112).

• Объем памяти на канал: 9 К (18 К — при объединении), 4 К для WA102, WA112.

• Расширенная синхронизация: фронт, длительность, ТВ, время нарастания.

• Пиковый детектор (от 10 нс), усреднение (4/... /256), накопление (1 с, 2 с, 5 с, беск., выкл.), самописец (от 100 мс/дел.), режим Х-У.

• Автоматические (32 параметра) и курсорные измерения (Д% 1/ДТ, ДЦ).

• Режим «покадровой» регистрации осциллограмм (запись и воспроизведение до 2500 кадров).

• 5 функций математики: сложение, вычитание, умножение, деление, БПФ; цифровые фильтры (ФВЧ, ФНЧ, полосовой, режек-торный).

• Сохранение 20 осциллограмм, 20 профилей настроек, 2 шаблонов допускового контроля.

• ШВ на передней панели (сохранение данных), RS-232 и ШВ на задней панели (дистанционное управление).

Комбинация технических характеристик

осциллографа, скорости, точности и расширенных возможностей дает возможность более глубоко вникнуть в проблемы, быстрее обнаруживать аномалии. Поддержка в серии полос пропускания от 60 до 300 МГц, в зависимости от моделей, означает, что инженеры могут выбрать именно тот осциллограф, который наиболее подходит им для решения конкретной задачи.

Удобный интерфейс

Русифицированный пользовательский интерфейс гарантирует быстрый и удобный доступ к наиболее важным функциям управления осциллографом. ШВ-интерфейсы на передней и задней панели осциллографа WaveAce обеспечивают легкость при использовании внешних носителей памяти, подключения ПК или выводе на печать. Функциональность осциллографа WaveAce расширяет возможности по поиску неисправностей и сокращает время отладки радиотехнических устройств, при этом важны такие особенности цифровых осциллографов, как длинная внутренняя память, усовершенствованные возможности автоизмерений и схемы синхронизации, цветной высококонтрастный ТБТ-дисплей с диагональю 14,5 см.

Ко всем наиболее важным функциям и меню имеется непосредственный доступ на панели осциллографа — кнопки управления, обеспечивающие выбор необходимой функции единственным нажатием. Все заданные пользователем настройки — смещение линии луча, временные задержки по горизонтали и смещение лучей по вертикали — могут быть переведены в исходное, нулевое, положение одним нажатием на кнопку. Нажатие на регулятор коэффициента отклонения Вр./дел. производит переключение между калиброванным фиксированным положением Вр./дел. и плавной регулировкой усиления, а нажатие на кнопку коэффициента развертки Вр./дел. — быстрое переключение в режим растяжки входного сигнала. Кнопки управления на передней панели открывают и закрывают экранные меню. Кнопки с активными режимами работы имеют подсветку, что показывает пользователю, в каком режиме в настоящий момент находится осциллограф. В состав каждого осциллографа включено РЭ на русском языке.

Документирование

WaveAce обеспечивает простое и удобное документирование результатов рабо-

ты, сохранение осциллограмм и предустановленных профилей, позволяя хранить во внутренней памяти до 20 форм сигналов и до 20 профилей установок органов управления. Запоминающие Flash-устройства большой емкости могут быть подключены к разъему USB непосредственно на передней панели осциллографа. Осциллограф обеспечивает возможность записи на внешний USB-носитель данных, полученных в процессе сбора информации в виде файлов в формате MatLab, MatCad, ACS II или двоичного кода. Объем файла будет зависеть от длины используемой внутренней памяти.

Достоверность

Использование интерполяции sinx/(x) позволяет значительно увеличить достоверность отображения сигнала при частотах сигнала, сопоставимых с частотой дискретизации. Так, на рис. 2 приведен пример отображения синусоидального сигнала частотой 240 МГц на экране осциллографа WaveAce 222 при частоте дискретизации реального времени 1 ГГц, что примерно в 4 раза превышает частоту сигнала. На рис. 3 тот же синусоидальный сигнал представлен в режиме с включенной интерполяцией.

Рис. 2. Интерполяция выключена

Рис. 3. Интерполяция включена

Автоматические измерения

Имеющийся широкий перечень автоматических измерений в стандартных ситуациях сокращает число необходимых манипуляций и общее время операций, связанных с на-

стройкой курсоров в ручном режиме. Это касается таких измерений, как время нарастания, спада, амплитуды пик-пик и т. д.

Одновременно на экране может быть выведено до 5 измеряемых параметров без их наложения на область отображения осциллограмм. Указанная область отображения результатов измерения нажатием кнопки Menu ON/OFF может быть отключена для визуализации формы сигнала с добавлением 2 делений экрана.

Интересное решение разработчиков заключается в том, что при необходимости можно обеспечить режим отображения на экране таблицы всех измерений (одновременно до 32 параметров). Причем этот режим доступен как при анализе живого сигнала, так и при исследовании осциллограммы, выведенной из памяти. По желанию оператора таблица формируется по принципу «все измерения» или «параметр по выбору» (из 3 групп: напряжение/время/задержка).

При выводе полной таблицы (рис. 4) на экран осциллографа отображение осциллограмм производится с закрытием полезной площади. Но даже при этом доступно примерно 20% видимой части экрана для наблюдения формы сигнала. Смена отображения табличной информации по разным входным каналам (Кан1 или Кан2) производится циклически — всего одним нажатием кнопки «Источник».

Рис. 4. Табличные измерения в режиме «Все измерения / Кан1»

Контекстные подсказки и всплывающие сообщения обеспечивают максимальную гибкость и удобство в работе с прибором. Например, если по какой-то причине параметр не может быть корректно вычислен, то в информационной строке на экране появится предупреждающий символ «****», что позволяет сделать вывод о его текущем состоянии и скорректировать дальнейшие действия.

Функция вывода на экран измеренных значений, характеризующих форму входного сигнала, также реализована в режиме автоматического поиска неизвестного сигнала (при нажатии кнопки AUTO). В нижней части экрана будут отображены 4 текущих значения параметров: Vp-p, Vmean, Prd, Freq,

Рис. 5. Отображение сигнала в режиме AUTO

Рис. 6. Отображение «За период»

что уже позволяет оценить исследуемый сигнал «Кан1» (рис. 5).

Отдельного упоминания заслуживает специфический режим автоизмерений «Задержка», в котором производятся полностью автоматические измерения временных задержек между двумя выбранными сигналами (источниками) (рис. 6). Методические приемы, типы измерений временных задержек и задаваемые условия приведены в таблице 1.

Таблица 1. Перечень автоматически измеряемых параметров

Пара- метр Комментарий

Phase Измерение сдвига фаз между двумя периодическими сигналами в градусах (°); измеряется по отношению к целым периодам повторения сигнала (целые периоды обоих источников должны присутствовать на экране осциллографа)

FRR Измерение времени от первого нарастающего фронта Кан1 до первого нарастающего фронта Кан2

FRF Измерение времени от первого нарастающего фронта Кан1 до первого спадающего фронта Кан2

FFR Измерение времени от первого спадающего фронта Кан1 до первого нарастающего фронта Кан2

FFF Измерение времени от первого спадающего фронта Кан1 до первого спадающего фронта Кан2

LRR Измерение времени от первого нарастающего фронта Кан1 до последнего нарастающего фронта Кан2

LRF Измерение времени от первого нарастающего фронта Кан1 до последнего спадающего фронта Кан2

LFR Измерение времени от первого спадающего фронта Кан1 до последнего нарастающего фронта Кан2

LFF Измерение времени от спадающего/нарастающего фронта Кан 1 до спадающего/нарастающего фронта Кан2

Особо следует отметить, что в перечне автоматически измеряемых параметров содержатся и такие, которые имеет не каждый осциллограф даже из ряда топовых моделей ведущих мировых производителей. Данные, приведенные в таблице 2, позволяют оце-

СН|

№№-!7jU»I? I'MpPTtaOall

'.tirsc =J 7.44ii..1 UMH-! Э&.ДО- Чсаг.-І Э&ДО

'A-fcf *239-2*!; Сгм-ЗМЙшУ FCJJ*6JZ3%

f'T-dHS AHJas I-req-] JJWHx

'Wie-iSMiw ВДКДОіМ

№І4^ивпі +ГіЛ

FIT"»”» FF“T-*Br# Lffhswr»

-L 7.44»}

CHI

Сшажм

CH!

Таблица 2. Перечень дополнительных параметров

Пара- метр Комментарий

Crms Измерение ср. кв. значения (СКЗ)* формы сигнала за целое число периодов, полученных при сборе информации

FOV Выброс в паузе прямоугольного импульса

FPRE Положительный предвыброс перед началом спада импульса

ROV Положительный выброс на вершине нарастающего импульса

RPRE Отрицательный предвыброс перед началом нарастающего импульса

* Квадратный корень из суммы квадратов значений сигнала, деленной на количество точек

нить увеличение измерительных ресурсов осциллографов при амплитудно-временных исследованиях импульсных сигналов и непрерывных колебаний.

Пиковый детектор

Еще один исследовательский ресурс осциллографа WaveAce, имеющий важное прикладное значение, — режим «Пикового детектора», который используется для обнаружения всплесков длительностью от 10 нс и снижения вероятности возникновения искажений при отображении сигнала. Данный режим может эффективно использоваться при положении переключателя Вр./дел. 5 мкс/дел. и более. В этом режиме запоминаются минимальные и максимальные значения за все время накопления отсчетов (рис. 7). Этот режим удобен, например, при исследовании сигнала, содержащего регулярные, короткие по времени выбросы.

На рис. 8 отображен прямоугольный сигнал в режиме стандартной выборки, заве-

Рис. В. Пиковый детектор выключен

Рис. 9. Пиковый детектор включен

Рис. 7. Принцип формирования выборок пикового детектора

домо имеющий в свой структуре короткие импульсные вырождения. При таком режиме сбора информации сигнал на дисплее осциллографа не будет содержать явных аномалий. На рис. 9 — тот же самый сигнал, но уже при включенном пиковом детекторе и зафиксированных паразитных, не видимых ранее «пичках». Различие двух осциллограмм и обнаружение скрытых импульсов стало очевидным только благодаря наличию режима пикового детектора.

Курсорные измерения

Осциллографы WaveAce обеспечивают следующие виды курсорных измерений:

• Измерение напряжения между двумя горизонтальными курсорами (AU).

• Измерение временного интервала между двумя вертикальными курсорами (At).

• Абсолютные измерения амплитуды и времени в точке пересечения курсора и осциллограммы.

Курсорные измерения параметров могут проводиться в режимах:

• Классический режим Manual (ручной): курсоры перемещаются пользователем.

• Интеллектуальный режим «Слежение» (рис. 10): курсоры А/В перемещаются вместе с выбираемой точкой на осциллограмме (пошаговое движение на форме сигнала).

Рис. ї0. ^рсорные измерения, режим «Слежение»

Математические функции

Математические функции включают сложение, вычитание, умножение, деление в любом сочетании используемых операторов, а также быстрое преобразование Фурье (БПФ/ББТ) для сигналов любого из каналов.

Результат математических действий может быть измерен с помощью делений сетки и курсора. Преобразование формы сигнала реального времени в спектр сигнала (режим БПФ на длине памяти ~1К) позволяет найти частотные компоненты сигнала во временной области. Данный режим наиболее востребован для следующих типов анализа и изучения сигналов:

• Анализ гармонических составляющих в сетях питания.

• Измерение гармонических составляющих и искажений в системах.

• Определение характеристик шумов в источниках постоянного напряжения.

• Тестирование импульсного отклика фильтров и систем.

• Анализ вибрации.

Рис. її. Спектр сигнала (режим БПФ)

Как правило, спектр БПФ на экране сжимается по горизонтали до 250 точек, но в WaveAce можно развернуть спектрограмму с помощью функции масштабирования БПФ (рис. 11) на коэффициентах 1х/2х/5х/10х, чтобы более подробно отобразить ее компоненты в каждой из 1024 точек данных. Для отображения и анализа результатов преобразования с большим динамическим диапазоном вместо Vrms можно выбирать шкалу dBVrms, которая для вывода на экран использует логарифмический масштаб.

Функция допускового контроля

Функция допускового контроля «Годен/ Не годен» может отслеживать изменения сигналов исходя из того, находится сигнал внутри заданной пользователем маски (годен)

или выходит за лимитированные пределы (не годен) (рис. 12).

Функция регистратора (Record/Play) может записывать форму входных сигналов каналов 1 и 2 с максимальной длиной записи 2500 кадров (осциллограмм) (рис. 13). Регистратор позволяет записать «быстрые» сигналы и медленно их воспроизвести или записать «медленные» (до 1000 с) сигналы и в дальнейшем их воспроизвести. Регистрация может быть активирована выходом Pass/Fail (Годен/Нет), что делает функцию особенно полезной для получения аномальных сигналов в длительной последовательности без непосредственного визуального контроля.

Диапазон регулировок в режиме запись: скорость регистрации от 1 кадр/1 мс (для ВЧ-сиг-налов) до 1 кадр/1000 с (для медленных сигналов или достаточно статичных процессов).

Программное обеспечение EasyScope (рис. 14), поставляемое вместе с прибором, позволяет осуществлять дистанционное управление осциллографом через виртуальную панель управления, в том числе в режиме допускового контроля. Широкий перечень настроек и удобный выбор требуемого контекстного окна обеспечивают легкий доступ к измеренным параметрам, быстрое сохранение осциллограмм непосредственно на персональный компьютер в виде графических файлов (bmp) или массивов данных (bin/csv).

При работе ПО EasyScope доступна следующая информация: входной канал, положение органов управления (коэффициент усиления и развертки, уровень запуска и тип синхронизации), временная задержка.

Заключение

Серия МауеАсе поддержана линейкой специально разработанных пассивных пробников из четырех моделей РР013/РР014/ РР015/РР016 с полосами пропускания 60/100/200/300 МГц соответственно. Входной импеданс — 10 МОм//12 пФ. В составе комплекта поставки — по 2 пробника (1х/10х) с полосами пропускания, совпадающими с верхней частотой осциллографа.

Серия осциллографов эконом-класса М^еАсе включена в Госреестр СИ РФ (№ 4023408) и призвана расширить применение современных решений в образовательной сфере (технический вуз/колледж). Эти приборы делают доступным переход с устаревших аналоговых осциллографов на современные цифровые модели в сегментах промышленного производства электроники, для регулировки трактов радиооборудования, сопровождения научных разработок РЭА и на предприятиях сервиса. ■

-rf'rav С;:'.- Hjtci м РОЕГЙ&ЭИ*

It 1нр

:ч]~ сн: : WuU mswjs

■:ni

Рис. 14. Окно рабочего стола ПО EasyScope