Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Основы осциллографов: устройство и принципы измерений. Часть 8
 
Ссылка на веб-сайт

Основы осциллографов: устройство и принципы измерений. Часть 8
Даже самый современный прибор может быть настолько точным, насколько точны вводимые в него данные. В этом контексте пробник функционирует вместе с осциллографом как часть измерительной системы.
 
Прецизионные измерения начинаются с самого кончика пробника. Правильные пробники, синхронизированные с осциллографом и тестируемым устройством (DUT), не только позволяют подавать сигнал на осциллограф «чисто», но также усиливают и сохраняют этот сигнал для максимальной его целостности и, как конечный результат, достижения точности измерений.
 
Пробники фактически становятся частью цепи, на которой осуществляются измерения, создавая резистивную, емкостную и индуктивную нагрузку, которая неизбежно влияет на результаты тестов.
 
Для получения наиболее точных результатов необходимо выбрать пробник с минимальной нагрузкой. Идеальное соединение пробника с осциллографом минимизирует эту нагрузку и позволит задействовать всю мощь, функции и возможности вашего осциллографа.
 
Еще один важнейший момент, который следует учитывать при подключении к тестируемому устройству, - это форм-фактор пробника. Пробники малого форм-фактора обеспечивают более легкий доступ к сегодняшним плотно упакованным схемам (см. рис.40).
 
Ниже приводится описание типов пробников. Рекомендуется обратиться к учебнику Tektronix «Азбука пробников» для получения подробной информации об этом важном компоненте общей измерительной системы.
 
Пассивные пробники
 
При измерениях стандартных уровней сигнала и напряжения, пассивные пробники обеспечивают простоту использования и широкий диапазон измерительных возможностей по самой доступной цене. Сопряжение пассивного пробника напряжения с пробником тока обеспечит идеальное решение для измерения мощностей сигналов.
 
Большинство пассивных пробников имеют установленный коэффициент затухания, как то 10X, 100X и т. д. По стандартным обозначениям, коэффициенты затухания, например, для пробника с 10-кратным затуханием, цифра 10 ставится до фактора X. Напротив, коэффициенты увеличения, такие как те же 10, обозначаются через установленную  впереди символику X (Х10). 
 
Чтобы обеспечить точное восстановление тестируемого сигнала, попробуйте выбрать пробник, который при сопряжении с осциллографом превышает его (сигнала) частотную полосу в 5 раз.
 
Пробник с затуханием 10X (читается как «в десять раз») 10-кратно снижает нагрузку на тестируемую цепь по сравнению с пробником 1X и является отличным пассивным пробником общего назначения. Нагрузка схемы пробника становится более заметной в отношении источников сигналов с более высокой частотой и / или более высоким импедансом, поэтому обязательно проанализируйте эти взаимодействия между сигналом и нагрузкой пробника перед выбором этого самого пробника. Пробник с затуханием в 10 раз  (10X) повышает точность ваших измерений, но также снижает амплитуду сигнала на входе осциллографа в 10 раз.
 
Из-за ослабления сигнала пробник с затуханием 10X затрудняет просмотр сигналов с межпиковыми значениями менее 10 милливольт. Пробник 1X похож на пробник с аттенюатором 10X, но в нем отсутствует схема ослабления. Без этой схемы в тестируемую схему вносится большое количество помех.
 
 
Используйте пробник с аттенюатором 10X в качестве пробника общего назначения, но оставьте пробник 1X доступным для измерения медленных сигналов с низкой амплитудой. Некоторые пробники имеют удобную функцию переключения между 1X и 10X ослаблением на конце пробника. Если ваш пробник имеет эту функцию, убедитесь, что вы используете правильную настройку, прежде чем проводить измерения.
 
Многие осциллографы способны определять, используете ли вы пробник 1X или 10X и соответствующим образом корректировать показания на экране. Однако с некоторыми осциллографами требуется, чтобы вы установили тип используемого пробника или считывали с релевантной отметки на 1X или 10X в отношении показателей вольт / дел.
 
Пробник с затуханием 10X работает через балансировку своих электрических свойств с электрическими свойствами осциллографа. Перед использованием пробника 10X вам необходимо настроить этот баланс в отношении конкретного осциллографа. Эта регулировка известна как компенсация пробника и более подробно описана в разделе «Работа с осциллографом» данного руководства.
 
Пассивные пробники представляют собой отличные решения, что касается пробников общего назначения. Однако такие пробники не могут точно измерять сигналы с очень коротким временем нарастания фронта при этом способны чрезмерно нагружать чувствительные схемы.
 
Неуклонное увеличение тактовой частоты сигнала и скорости нарастания фронта требуют более высокоскоростных пробников с меньшим воздействием собственной нагрузки. Высокоскоростные активные и дифференциальные пробники обеспечивают идеальные решения при измерениях высокоскоростных и / или дифференциальных сигналов.

Активные и Дифференциальные Пробники
 
Увеличение скорости передачи сигналов и использование семейств логических схем с низким напряжением затрудняют получение точных результатов измерений. Точность сигнала и загрузка устройства являются критическими проблемами. Универсальное решение для измерений на этих высоких скоростях включает в себя алгоритмы и подходы, соответствующие возможностям высокопроизводительных осциллографов (см. Рис. 42).
 
В активных и дифференциальных пробниках используются специально разработанные интегральные схемы для сохранения сигнала во время доступа к осциллографу и его передачи, тем самым, обеспечивая целостность сигнала. Для измерения сигналов с быстрым временем нарастания фронта высокоскоростной активный или дифференциальный пробник обеспечат более точные результаты.
 
Пробники TriMode – являют собой относительно новый тип, который обеспечивает то преимущество, что можно использовать одну установку и получать три типа измерений без регулировки соединений наконечников пробника. Пробник TriMode может выполнять дифференциальные, несимметричные и синфазные измерения с помощью одной и той же конфигурации пробника. 
 
Аксессуары к пробникам
 
Многие современные осциллографы имеют специальные автоматизированные функции, встроенные в его входные разъёмы и ответные разъемы у пробников. В случае наличия у пробников интеллектуальных интерфейсов, в процессе их подключения, осциллограф уведомляется о коэффициенте ослабления, который (коэффициент), в свою очередь, масштабирует сетку дисплея осциллографа так, чтобы ослабление корректировало результирующие показания. Некоторые интерфейсы пробников также распознают тип пробника - пассивный, активный или токовый. Интерфейс может действовать как источник постоянного тока для пробников. Активные пробники имеют собственный усилитель и буферную схему, требующую питания постоянного тока.
 
Также применяются заземляющий провод и наконечники пробника для улучшения целостности сигнала при измерении их высокоскоростных аналогов. Адаптеры заземляющих проводов обеспечивают гибкое расстояние между наконечником пробника и соединениями заземляющего провода с ИУ, сохраняя при этом очень короткие длины проводов от наконечника пробника до ИУ.
 
Для получения дополнительной информации о принадлежностях пробников см. Руководство от Tektronix «Азбука пробников».
 
Условия и рекомендации по оценке производительности прибора
 
Как упоминалось ранее, осциллограф аналогичен камере, фиксирующей изображения сигналов, которые мы можем наблюдать и интерпретировать. Скорость затвора, условия освещения, диафрагма и рейтинг пленки ASA - все это влияет на способность камеры делать четкое и точное изображение.

Как и в случае с базовыми системами осциллографа, его производительность существенно влияет на способности обеспечивать требуемую целостность сигнала.

Обучение новым навыкам часто предполагает пополнение своего словарного запаса. Эта идея верна для обучения тому, как пользоваться осциллографом. В этом разделе описаны некоторые полезные термины, связанные с измерениями и характеристиками прибора. Термины используются для описания критериев, необходимых для выбора правильного осциллографа под конкретные приложения. Понимание терминов поможет оценить и сравнить ваш осциллограф с другими моделями.

Полоса пропускания
 
Полоса пропускания определяет фундаментальную способность осциллографа измерять сигнал. По мере увеличения частоты сигнала способность прибора точно отображать сигнал уменьшается. В этой спецификации указан частотный диапазон, который осциллограф может точно измерить.
 
Полоса пропускания осциллографа определяется как частота, на которой синусоидальный входной сигнал ослабляется до 70,7% истинной амплитуды сигнала, известной как точка –3 дБ, термин, основанный на логарифмической шкале (см. рис. 46).
 
Без соответствующей полосы пропускания ваш осциллограф не сможет распознавать высокочастотные изменения. Амплитуда будет искажена. Края исчезнут. Детали будут потеряны. Без адекватной полосы пропускания все функции и «навороты» вашего осциллографа ничего не значат.
 
Полоса пропускания ≥  Наивысшая частота    x 5
 
Компонент сигнала    
Чтобы определить полосу пропускания осциллографа, необходимую для точного определения амплитуды сигнала в конкретном приложении, примените «Правило 5 раз». Осциллограф, выбранный с помощью «Правила 5 раз», даст вам ошибку в измерениях менее +/- 2%, что обычно достаточно для современных приложений. Однако по мере увеличения скорости сигнала это практическое правило может оказаться несколько устаревшим. Тем не менее, всегда помните, что более высокая полоса пропускания, с вероятностью в 100% обеспечит более точное воспроизведение тестируемого сигнала (см. рис. 47).
 
Некоторые осциллографы предоставляют способ увеличения полосы пропускания за счет цифровой обработки сигналов (DSP). Фильтр произвольной коррекции DSP может использоваться для улучшения характеристики канала осциллографа. Этот фильтр расширяет полосу пропускания, выравнивает частотную характеристику канала осциллографа, улучшает линейность фазы и обеспечивает лучшее согласование между каналами. Это также уменьшает время нарастания и улучшает переходную характеристику во временной области.
 
Время нарастания фронта импульса
 
В цифровом мире критически важны измерения времени нарастания фронта импульса. Этот параметр наиболее точно характеризует производительность вашего прибора в случаях измерений цифровых сигналов, такие как импульсы и шаги. Осциллограф должен быть способным точно измерять эту характеристику, чтобы качественно улавливать детали быстрых переходов тестируемых сигналов. В цифровом мире критически важны измерения времени нарастания. Данный параметр описывает полезный частотный диапазон осциллографа. Чтобы рассчитать способность осциллографа тестировать время нарастания фронта импульса применительно к конкретным сигналам, используйте следующее уравнение:
 
Х-ка осциллографа по времени нарастания ≤ Самое скорое время нарастания сигнала x 1÷5
Обратите внимание, что эта основа для выбора осциллографа с х-кой тестирования времени нарастания аналогична основанию для выбора по полосе пропускания. Как и в случае с полосой пропускания, достижение этого эмпирического правила не всегда возможно с учетом экстремальных скоростей сегодняшних сигналов. Всегда помните, что осциллограф, обладающий способностью тестировать сигналы с наименьшим временем нарастания более точно улавливают критические детали быстрых переходов этих сигналов.

В некоторых приложениях вы можете знать только время нарастания сигнала. Константа позволяет связать полосу пропускания и время нарастания осциллографа с помощью уравнения:
 
Полоса пропускания    =    K  ÷ Rise Time   
   
где К - значение от 0,35 до 0,45, в зависимости от формы кривой частотной характеристики осциллографа и времени нарастания фронта импульса. Осциллографы с полосой пропускания <1 ГГц обычно имеют К = 0,35, в то время как у осциллографов с полосой пропускания > 1 ГГц, К = от 0,40 до 0,45.
 
Некоторые семейства логических анализаторов генерируют сигналы с очень высоким временем нарастания – значительно выше, чем их аналоги, как это показано на рис. 49.
 
Частота дискретизации
 
Частота дискретизации - указывается в отсчетах в секунду (с / с) - означает, как часто цифровой осциллограф делает снимок или отсчет сигнала, аналогично кадрам на кинокамере. Чем быстрее осциллограф производит выборку (т. е. чем выше частота дискретизации), тем выше разрешение и детализация отображаемой формы сигнала и тем меньше вероятность потери важной информации или событий, как показано на рис. 50.
 
Минимальная частота дискретизации также может быть важна, если вам необходимо смотреть на медленно меняющиеся сигналы в течение более длительных периодов времени. Как правило, отображаемая частота дискретизации изменяется вместе с изменениями, внесенными в элемент управления горизонтальной шкалой, чтобы поддерживать постоянное количество точек формы сигнала в отображаемой записи этого сигнала.
 
Для точного восстановления с использованием интерполяции sin (x) / x ваш осциллограф должен иметь частоту дискретизации, по крайней мере, в 2,5 раза превышающую самую высокую частотную составляющую сигнала. При использовании линейной интерполяции частота дискретизации должна быть, по крайней мере, в 10 раз больше, чем самая высокочастотная составляющая сигнала.
 
 
Как вы рассчитываете требуемую частоту дискретизации? Этот метод различается в зависимости от типа измеряемого сигнала и метода восстановления сигнала, используемого осциллографом.
 
Согласно теореме Найквиста, чтобы точно восстановить сигнал и избежать наложения спектров, сигнал должен быть дискретизирован как минимум в два раза. Эта теорема, однако, предполагает бесконечную длину записи и непрерывный сигнал. Поскольку ни один осциллограф не предлагает бесконечной длины записи и, по определению, глитчи не являются непрерывными, выборки с удвоенной скоростью наивысшей частотной составляющей обычно недостаточно быстрые, чем самая высокочастотная составляющая сигнала. 
 
В действительности точная реконструкция сигнала зависит как от частоты дискретизации, так и от метода интерполяции, используемого для заполнения промежутков между отсчетами. Некоторые осциллографы позволяют выбрать либо интерполяцию sin (x) / x для измерения синусоидальных сигналов, либо линейную интерполяцию для прямоугольных сигналов, импульсов и других типов сигналов.
 
Некоторые системы измерения с частотой дискретизации до 20 Гвыб / с и полосой пропускания до 4 ГГц были оптимизированы для регистрации очень быстрых, однократных и переходных событий за счет передискретизации до 5 раз превышающей ширину полосы пропускания.
 
Ссылка на веб-сайт