5. díl - Jak dostat ze svého digitálního osciloskopu maximum

V tomto díle našeho technického seriálu se zaměříme na typické vlastnosti osciloskopu. Poskytneme vám několik rad, jak je nejlépe využít při vaší práci. Čím lépe znáte váš osciloskop, tím rychleji a spolehlivěji sním dokážete pracovat.

Technický seriál - Rady a tipy při výběru osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

 

5. díl - Jak dostat ze svého osciloskopu maximum 


Dnešní digitální osciloskopy jsou tak nabité velkým množstvím všemožných funkcí a vlastností, které mají usnadnit uživateli měření a interpretaci výsledků. že už jen orientace v nich může být pro uživatele náročná. Může se tak jednoduše stát, že uživatel je zavalen informacemi a zapomene, co všechno jeho osciloskop umí. Proto se dnes budeme věnovat prohlídce typických vlastností osciloskopů a poskytneme vám několik doporučení, jak a kdy je můžete nejlépe využít při své práci. Pokud uvažujete o pořízení nového osciloskopu,  připomeneme vám, co při výběru nového přístroje neopomenut zvážit.

 

Šířka pásma
Jedním z nejzákladnějších parametrů digitálního osciloskopu je šířka pásma. Je třeba vzít v úvahu dva druhy šířky pásma. Když získáme signál, byla analogová šířka pásma na vstupním signálu osciloskopu definována v bodě -3 dB nebo frekvenci, při níž je sinusový vstupní signál oslabován na 70,7% jeho skutečné amplitudy.

Jestliže potřebujete co nejpřesněji měřit amplitudu, kterou váš přístroj může udělat, ujistěte se, že šířka pásma osciloskopu je pětkrát větší, než šířka signálu, který chcete měřit. Nezapomeňte, že šířka pásma systému osciloskopu zahrnuje sondy. Ujistěte se také, že vaše sondy poskytují dostatek šířky pásma pro danou úlohu.

Digitální šířka pásma osciloskopu definuje aktuální šířku pásma, kterou uvidíte na displeji. Při nastavení horizontální časové základny (v čase / rozdělení podle zobrazení mřížky) nastavujete okno zachycení. Pokud nepoužíváte správnou vzorkovací frekvenci s dostatečnou pamětí pro pořízení, vaše efektivní digitální šířka pásma bude menší, než očekáváte. 

5. díl - Jak dostat ze svého digitálního osciloskopu maximum  dil_5_obrazek_1.png
obrázek 1

 

Vzorkovací frekvence
Pokud se podíváte na sinusovou vlnu, ujistěte se, že vzorkovací frekvence je alespoň dva vzorky / cyklus (rychlost Nyquist). U signálů s vyšší frekvencí, například obdélníkový průběh, je potřeba používat nejméně 4x - 10x převzorkování. Obrázek 1 ukazuje rozdíl mezi akvizicí provedenou s nedostatečnou vzorkovací rychlostí (horní část) a druhou, která zachycuje dobré množství detailu signálu (spodní část).

Pokud používáte osciloskop Teledyne LeCroy, máte příjemnou výhodu. Tato značka osciloskopů umožňuje jednoduše si nastavit, aby osciloskop upřednostňoval paměť nebo vzorkovací frekvenci. Jak na to? Dotykem na deskriptoru časové základny nástroje na displeji (obrázek 2) se otevře dialogové okno časové základny. Ve výchozím nastavení bude časová základna nastavena na hodnotu Nastavit maximální paměť (Set Maximum Memory). Nebo vyberete možnost Fixed Sample Rate. První postup výchozí nastavení sníží vzorkovací frekvenci pro delší nastavení časové základny. Druhý postup (obrázek 2, dolní část) udrží vzorkovací frekvenci v jakémkoli nastavení, které zvolíte a poté přidá nebo odečte akviziční paměť podle potřeby pro udržení daného efektivního digitálního šířka pásma.

 

5. díl - Jak dostat ze svého digitálního osciloskopu maximum  dil_5_obrazek_2.png

obrázek 2

 

Vertikální dynamický rozsah
Vertikální dynamický rozsah patří k nejdůležitějším atributům digitálního osciloskopu. Některé přístroje mají převodníky analogově-digitální (ADC) s rozlišením 8 bitů, 10 bitů nebo 12 bitů. Proces ADC je prováděn s kvantizační chybou, ta je rozdílem mezi kontinuálním analogovým průběhem, který vstupuje do převodníku a digitálním znázorněním stupňovitým stupněm, který převodník opouští. Když daný vzorkovací bod leží mezi dvěma digitálními kroky, digitální hodnota tohoto bodu musí být zaokrouhlena nahoru nebo dolů, což vede k chybě kvantizace.

Z toho vyplývá, že vyšší rozlišení ADC přináší menší kvantizační chyby, protože existuje mnohem více úrovní kvantifikace, které jsou blíže rozloženy. Osciloskop s 12bitovými ADC má 16x více dynamického rozsahu než s 8bitovými ADC (obrázek 3). S 8 bity získáte 256 kvantizačních úrovní na vertikální dělení, zatímco s 12 bity získáte 4096 úrovní. To vám dává mnohem více detailů v zobrazeném tvaru vlny s přesností zesílení DC asi o 0,5% oproti 1,5 nebo 2,0% s 8 bitům.

5. díl - Jak dostat ze svého digitálního osciloskopu maximum  dil_5_obrazek_3.png

obrázek 3

 Pro plné využití ADC všech úrovní ADC je důležité, aby snímaný signál byl už před vstupem do osciloskopu na vhodné úrovni napětí. Pokud je napětí příliš vysoké pro 50 Ω impedanci (>5V), lze jeho úroveň snížit pasivními přesnými atenuátory s vysokou šířkou pásma. U 1 MΩ impedance je možné použít mnohem vyšší napětí ale, kromě toho že 1 MΩ impedance může zatížit váš obvod a tím zdeformovat průběh signálu, také se sníží šířka pásma akvizičního systému. Je tedy zřejmé, že  toto řešení není vhodné pro vysoké frekvence cca >2GHz.
Při přepínání vstupní impedance osciloskopu z 1 MΩ  na 50 Ω  je nutné věnovat pozornost napěťové úrovní signálu na daném kanálu. U nastavení 50 Ω  nesmí dojít k překročení maximálního přípustného napětí!

Pokud je signál příliš slabý, tak že jeho průběh je jen lehce nad úrovní šumu osciloskopu, nedokážete efektivně využít ADC.  HD nativní AD převodníky, plně neoceníte pokud budete operovat na hranicích napěťového rozlišení osciloskopu. V takovém případě je zapotřebí signál před vstupem do osciloskopu zesílit, použitím vhodných sond či široko-spektrálních lineárních zesilovačů. Tím získáte vyšší odstup signál šum a 12bitů ADC se projeví v plné parádě. V podstatě si tímto postupem účelně navýšíte ENOB pro daný typ signálu.  Tímto krokem naplno využijete možností osciloskopu.

Čím lépe znáte váš osciloskop, tím rychleji a spolehlivěji sním dokážete pracovat. Osciloskopy Teledyne LeCroy vám nabízí vysoké technické parametry a sofistikované softwarové nástroje pro usnadnění a zpřesnění vašich měření.

[1] Getting The Most Out Of Your Oscilloscope: Setup 
https://blog.teledynelecroy.com/2018/01/getting-most-out-of-your-oscilloscope.html [cit.03.01.2019]

Dotaz na další podrobnosti

Položky označené hvězdičkou (*) jsou povinné.

Vyplněním formuláře a potvrzením linku, který obdržíte na vámi uvedený email, dáváte souhlas se zpracováním vámi uvedených údajů a jejich použitím společností Blue Panther, s.r.o. za účelem budování obchodního vztahu s vámi.

Více informací o zpracování vašich údajů naleznete na
www.blue-panther.cz/ochrana-osobnich-udaju.

Kontaktuje nás

Bohumil Vítovec
Telefon: +420 604 273 701