1. díl - Parametry osciloskopu aneb papír snese vše

Technický seriál, který poskytuje budoucímu uživateli osciloskopu určitý nadhled při výběru nového přístroje.

Technický seriál - Rady a tipy při výběru osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

V tomto seriálu si neklademe za cíl hodnotit, která značka je nebo není nejlepší. Chceme pouze čtenáře upozornit na častá omezení a úskalí, která nemusí být na první pohled zřejmá. Poskytnout budoucímu uživateli určitý nadhled při výběru nového osciloskopu.Informace, které v seriálu uvádíme, vychází z našich dlouholetých zkušeností s osciloskopy a především s přístroji Teledyne LeCroy, z veřejně dostupných informací a technické dokumentace ostatních výrobců.

Abychom se nezabývali touto problematikou jen v teoretické rovině, zaměříme se na technické parametry přístrojů a různé způsoby měření.

Parametry osciloskopů

Následující problematiku většina z vás velmi dobře zná. Máme signál, který chceme změřit, na osciloskopu se ukazuje jeden konkrétní parametr, který bije do očí. Není někde skrytý zádrhel?

K nalezení odpovědi na tuto otázku musíte konkrétní měřicí přístroj opravdu dobře znát nebo se podrobně seznámit s mnoha set stránkovým manuálem. V letácích a dokumentaci k přístroji bývají často uvedeny maximální parametry přístroje, ale bez vzájemných souvislostí.

Uvádíme několik příkladů

• U vzorkovací rychlosti je uveden parametr 5GS/s. Hlouběji v manuálu lze dohledat, že tento parametr platí jen pokud jsou aktivní dva kanály ze 4.

• Osciloskop 1GHz má rozlišení 16b, ale tento parametr není rozlišení AD převodníku, ale ENOB a to na sinusový signál a navíc pouze při frekvencích 10kHz-50 Mh

• Osciloskop má 4 anologové a 16 digitálních kanálů, ale použitím tzv. kšandy s digitálními vstupy se zablokuje analogový kanál.

Pojďme se nyní podívat na základní parametry digitálního osciloskopu. Nad čím je dobré se při výběru nového přístroje zamyslet a jaké otázky si před koupí položit.

Základní parametry digitálního osciloskopu

Počet kanálů

Co se děje s ostatními parametry, když použiji všechny dostupné kanály? Nezablokuji si použitím logických kanálů analog?

Šířka frekvenčního pásma​

Co vše mi může srazit šířku pásma? Jak ji lze navýšit?

Vertikální rozlišení

Popisuje mi údaj v DataSheetu vr ADC nebo vr celého osciloskopu při různých nastavení a omezeních? Nejedná se o ENOB?

Vzorkovací rychlost​

Jaký má tato rychlost vztah k dalším parametrům?

Velikost akviziční paměti

Opravdu se jedná o rychlou akviziční paměť?

SW vybavení

Čo je dostupné v základnej zostave? Čo si môžete kúpiť a čo si môžete naprogramovať?

Vertikální rozlišení osciloskopu

Jedná se o jeden z nejdůležitějších parametrů, společně se šířkou frekvenčního pásma BWD a vzorkovací rychlostí. Určuje, jak moc jsme schopni rozlišit napěťové úrovně signálu v závislosti na čase. Jde nám o to, co nejvěrohodněji převést měřený signál do paměti osciloskopu, abychom mohli měřit jeho parametry a zobrazili si jeho časový průběh.

Předpokládejme, že jsme zvolili vhodný způsob měření (např. vhodné sondy a impedanční přizpůsobení). Které otázky bychom si měli v této souvislosti zodpovědět.

Jaký máme AD převodník?

Máme převodník AD 8b -256 úrovní, 10b – 1024 úrovní nebo 12b – 4096 úrovní? Utáhne tento převodník všechny analogové kanály naráz? Nebo se to nějak negativně projeví na ostatních parametrech osciloskopu?

Dostanou se mi takto naměřená data všechna do akviziční paměti osciloskopu nebo mi je něco ořízne případně pozmění?

Ačkoliv princip digitálního osciloskopu je každému zhruba jasný, technologické provedení od jednotlivých výrobců se může značně lišit.
 

AD převodník určuje základní rozlišení osciloskopu, abychom mohli dosáhnout ještě vyššího rozlišení, lze získaná data upravit a dále zpracovat. Tyto úpravy nás mohou i nepříjemně překvapit.

• První, co nás napadne je signál zprůměrovat. Jakmile ale měříme jednorázové události, je tento princip nepoužitelný a musíme se opět spolehnout na rozlišení ADC.
• Druhý nápad bude pravděpodobně použít LP filtry. Tento princip nám dokáže v některých případech navýšit ENOB, ale za cenu drastického snížení šířky frekvenčního pásma osciloskopu (8b) DC-1GHz → (16b) 10kHz-50MHz.
• Třetí možnost je provedení vážených průměrů v jednom záznamu průběhu signálu.

Často se tyto technologie kombinují v unikátní funkce

High Definition ( Rohde&Schwarz)

HiRes (Tektronix, Keysight)

Eres (Lecroy)

Výsledný signál může být na hony vzdálen realitě. Pak záleží na HW architektuře a SW jednotlivých osciloskopů, zda uživatele na tyto úskalí upozorní nebo dokáží zaznamenat a zobrazit současně syrový i upravený signál.

Na závěr tohoto dílu se podíváme, jaký vliv má použití Eres (Wave Pro HD LeCroy) a High Definition (RTO2K Rohde&Schwarz) na BWD osciloskopu. Data jsou přebrána z veřejně dostupných manuálů a informací od jednotlivých přístrojů.
Z uvedeného grafu si lze snadno vyčíst, co takové omezení šířky pásma dokáže provést s tvarem komplexnějšího signálu. Pro představu stačí obdélník, který sice má periodu o vhodné frekvenci, ale jeho vyšší frekvenční složky se mohou dost výrazně utlumit LP filtry.

Zdroje:

Blue Panther: https://blue-panther.cz

Oscilloscopes Blog: https://oscopes.info

Rohde & Schwarz R&S®RTO2000 Digital Oscilloscope 2017 https://www.rohde-schwarz.com

Teledyne LeCroy Wave Pro HD 2018 https://teledynelecroy.com/

Máte po přečtení toho dílu ještě další otázky nebo se vám v hlavě vyrojila témata z této oblasti a rádi byste se o nich dozvěděli více? Zašlete nám je na email uvedený pod článkem. V dalších dílech našeho technický seriálu, se podrobněji seznámíme s metodami navyšování bitového rozlišení, pojmy SNR, ENOB a jak nám jednotlivé součásti osciloskopu ovlivňují měření.

V tomto seriálu si neklademe za cíl hodnotit, která značka je nebo není nejlepší. Chceme pouze čtenáře upozornit na častá omezení a úskalí, která nemusí být na první pohled při výběru osciloskopu pro vaší práci zřejmá. Chceme vám poskytnout určitý nadhled při výběru nového osciloskopu. Informace, které v seriálu uvádíme, vychází z našich dlouholetých zkušeností s osciloskopy a především s přístroji Teledyne LeCroy, z veřejně dostupných informací a technické dokumentace ostatních výrobců. Abychom se nezabývali touto problematikou jen v teoretické rovině, zaměříme se na technické parametry přístrojů a různé způsoby měření. 

Obsah tohoto seriálu můžete také ovlivnit! Uvítáme vaše komentáře, návrhy témat, vaše zkušenosti, které můžete zasílat na email bohumil.vitovec@blue-panther.cz.

Další díl / Všechny díly