9. díl - Jak správně používat paměť osciloskopu a vzorkovací rychlost

Osciloskopy Teledyne LeCroy umožnují nastavit velikost aktuálně používané akviziční paměti a vzorkovací rychlost.

Technický seriál - Rady a tipy při výběru osciloskopu

Autor Bohumil Vítovec

Tento krátký článek vám pomůže se zorientovat, jak tyto parametry přístroje nastavit abyste dosáhli žádoucích výsledků měření.

Obrázek 1 - Vzorkovací frekvence jako funkce Time/DIV pro tři různé délky paměti.

Nastavení Time/DIV určuje časové okno snímání osciloskopu, které je vždy desetinásobkem nastavení Time /DIV. Velmi dlouhá doba snímání okamžitě omezí vaší vzorkovací frekvenci, pokud nemáte k dispozici dostatečnou dostupnou akviziční paměť pro její podporu. Vzorkovací frekvence je důležitá, protože ovlivňuje digitální šířku pásma osciloskopu. Efektivní šířka pásma osciloskopu je menší parametr z jeho analogové šířky pásma nebo jedné poloviny vzorkovací frekvence. Analogová šířka pásma je nastavena předním analogovým zesilovačem a je bodem -3 dB jeho frekvenční odezvy. Digitální šířka pásma je vyjádřením Nyquistových kritérií pro digitalizované nástroje. Time / div nastavuje časové okno snímání, ale hloubka paměti a vzorkovací frekvence definují efektivní digitální šířku pásma.

Možná nemáte jinou možnost než, použít vysokou vzorkovací frekvenci vzhledem k šířce pásma signálu, který chcete změřit. Je důležité si uvědomit, že zatímco digitální šířka pásma jedné poloviny vzorkovací frekvence bude fungovat pro úzkopásmové tvary vln, jako jsou sinusové vlny, širokopásmové signály s rychlými okraji mohou vyžadovat vzorkovací frekvence, které převyšují okraj bwd čtyřikrát nebo vícekrát. To je znázorněno na obrázku 2, kde je čtvercová vlna 5 MHz získávána jak při 250 MS / s, tak při 2,5 GS / s. Křivka 250 MS / s má 4 ns vzorkovací periodu, ale dokáže získat pouze tři vzorky na hranu a hrana pulzu je špatně definována. Výsledek křivky 2,5 GS / s má pouze 400 ps času, ale mnohem lepší definici tvaru hrany. Vzorkovací frekvence a hloubka paměti také určují vaši schopnost simultánně analyzovat vysokofrekvenční a nízkofrekvenční jevy, například při měření integrity energie vysokofrekvenčního šumu na nízkorychlostním signálu nebo při analýze obsahu vysokorychlostních datových paketů na sériový datový tok s nízkorychlostními intervaly mezi pakety.

Obrázek 2 - Stejný signál, ale jiná vzorkovací rychlost, zde je názorně ukázáno jaké chyby mohou vzniknout při neadekvátním nastavení osciloskopu.

V těchto situacích je důležité chytře využít dostupnou paměť, aby se podpořila vyšší vzorkovací frekvence. Čím větší je hloubka paměti osciloskopu (dostupný počet vzorkovacích bodů), tím větší je počet nastavení Time / DIV, které dokáže udržovat při maximální vzorkovací frekvenci, jak je znázorněno na obrázku 1. 

Položte si tyto otázky:

Potřebuji čas nebo potřebuji vzorkovací frekvenci / šířku pásma?

Pokud musíte nastavit konkrétní dobu snímání, použijte nastavení: Nastavit maximální paměť osciloskopu. V tomto režimu byste měli pečlivě sledovat vzorkovací frekvenci, abyste zabránili náhodnému aliasingu. Vzorkování v sekvenčním režimu může pomoci prodloužit dobu akvizice bez obětování příliš velké vzorkovací frekvence. Může se také stát, že si vystačíte s nižší vzorkovací frekvencí, v závislosti na vašem využití akvizice, abyste měli delší časový záznam. Pokud potřebujete zajistit požadovanou digitální šířku pásma, použijte spíše nastavení Fixní vzorkovací frekvence než nastavení maximální paměti. Režim pevné vzorkovací frekvence zaručí vybranou vzorkovací frekvenci, přičemž mění délku paměti při změně Time/DIV. Rovněž omezí nastavení Time/DIV, aby se zabránilo změně vzorkovací frekvence.

Potřebuji všechny analogové kanály osciloskopu?

Pokud potřebujete více paměti pro podporu vyšší vzorkovací frekvence a aplikace nevyžaduje všechny analogové vstupní kanály osciloskopu, můžete zdvojnásobit - nebo zčtyřnásobit - dostupnou paměť snížením počtu aktivních kanálů. Tím se také zvýší maximální dostupná vzorkovací frekvence. Obecně platí, že vždy chcete mít aktivní pouze ty kanály, které skutečně používáte. Pokud používáte pouze jeden vstupní kanál, nastavte Auto Active Channels, aby osciloskop mohl přidělit tomuto kanálu maximální paměť, nebo postupujte podle pokynů v uživatelské příručce k osciloskopu a řádně prokládejte kanály. 

Potřebuji prostě více paměti?

Obecně platí, že čím větší je hloubka paměti, tím větší flexibilitu má osciloskop při dosahování požadované doby snímání a vzorkovací frekvence, aby odpovídaly aplikaci měření. Většina osciloskopů Teledyne LeCroy má možnosti upgradu paměti, které mohou významně zvýšit akviziční schopnosti osciloskopu, aniž by bylo nutné kupovat zcela nový osciloskop.

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.

Stejně tak se můžete ozvat, pokud potřebujete radu na míru!

Další díl / Všechny díly