ПриСТ

Метрологическая служба ПриСТ предлагает:

Москва: +7 495 777-55-91
Санкт-Петербург: +7 812 677-75-08
Екатеринбург: +7 343 317-39-99

ИНФОРМАЦИЯ » Статьи, публикации, обзоры » Использование специальных режимов схемы синхронизации и разв...

 
Использование специальных режимов схемы синхронизации и развертки ЦЗО для регистрации сложных сигналов

Автор / источник:

Дедюхин А.А., Пивак А.В. к.т.н.


Издавалась:


Разделы статьи:

Часть I: Специальные режимы схемы синхронизации
Часть II: Специальные режимы развертки


Цены / каталог / заказ:

Осциллографы цифровые фирмы LeCroy...
Осциллографы цифровые фирмы Tektronix...
Осциллографы фирмы Agilent Technologies...


Использование специальных режимов схемы синхронизации и развертки цифровых запоминающих осциллографов для регистрации сложных сигналов
 

Использование специальных режимов схемы синхронизации и развертки цифровых запоминающих осциллографов для регистрации сложных сигналов

Дедюхин А.А. ЗАО «Прист»

Неизменным спутником инженера-разработчика или исследователя, в последнее время, стал цифровой запоминающий осциллограф (ЦЗО). Современные достижения элементной базы, разработки в программном обеспечении позволили создать средства визуального отображения сигналов, о которых инженеры 10 лет назад не могли мечтать...

Часть I: Специальные режимы схемы синхронизации

В отличие от анализаторов спектра, частотомеров, измерителей КСВ, вольтметров, именно осциллограф дает возможность рассмотреть сигнал на его физическом уровне, заглянуть во внутрь как быстрых или однократных, так и медленных не периодических процессов. Зафиксировать аномалии сигнала, произвести запись сигнала, создавать и хранить базы данных результатов различных измерений и экспериментов, производить статистическую обработку полученных данных и многое другое. О достоинствах и недостатках цифровых осциллографов написанной уже немало и не секрет, что при всех достоинствах ЦЗО, таких как возможности записи однократных быстрых или, наоборот, медленных сигналов; возможности автоматических измерений параметров исследуемого сигнала; расширенные возможности схемы синхронизации; возможности хранения записанных данных для последующей обработки; возможность связи с электронно-вычислительными машинами, ЦЗО обладают существенным недостатком – это достаточно большое время простоя осциллографа в момент обработки полученных данных перед выводом графической информации на экран. В моменты этого простоя, информация о сигнале, поступающая на вход ЦЗО, теряется безвозвратно, и восстановить ее не представляется возможным. Поэтому в последнее время достаточно много производителей ЦЗО пытаются снизить эффект «холостого простоя», используя различные технические решения. Аналоговые осциллографы, в отличие от ЦЗО, данным недостатком практически не обладают, поскольку время простоя для аналогового осциллографа, это время обратного хода луча развертки, и это время практически равно нулю. Поэтому в специальной литературе, при анализе тех или иных новых ЦЗО, все чаще и чаще появляются сравнения о близости новой модели ЦЗО к аналоговому осциллографу, по скорости обновления экрана или возможности захвата различных сигналов, включая аномалии сигнала.

Попробуем проанализировать возможности различных способов захвата и отображения сигнала. Так, например, один осциллографов представленных сегодня на рынке и использующий технологию MegaZoom III , действительно обладает самой высокой способностью обновления осциллограмм и по заверению производителя не нуждается в специальных режимах работы для улучшения захвата осциллограмм. Действительно, как уже отмечалось выше, скорость захвата осциллограмм имеет важное значение для ЦЗО именно сточки зрения реализации его преимуществ по сравнению с аналоговым осциллографам. Сама по себе просто скорость захвата осциллограмм не имеет большой практической ценности, поскольку человеческий глаз не способен различить смену кадров изображения более чем 50 раз в секунду (напомним, что на этом принципе и стоится аналоговое телевизионное вещание), тем более что и мозг человека не способен проанализировать 50 изображений в секунду. Практическая ценность скорости захвата осциллограмм ЦЗО заключается именно возможности зафиксировать, увидеть и произвести измерения сигнала в реальном для человека масштабе времени.. Очевидно, что и в аналоговом осциллографе при минимальном послесвечении электронно–лучевой трубки (ЭЛТ) единичные аномалии сигнала частотой более 50 Гц будут потеряны из-за особенностей зрения человека. Поэтому все ЭЛТ используемые в осциллографах имеют определенное послесвечение, позволяющее на некоторое время зафиксировать и увидеть аномальное отклонение сигнала от периодического состояния. К слову сказать, первые запоминающие осциллографы как раз и использовали запоминание на ЭЛТ. Итак, нужен некий буферный механизм, позволяющий согласовать возможности быстрого захвата ЦЗО и медленного восприятия органа зрения человека. Необходимость такого буфера становится очевидной при исследовании некого периодического сигнала, в котором иногда возникают артефакты. На экране осциллографа видно, что сигнал представляет из себя пакет, содержащий 10 импульсов, но иногда в структуре сигнала возникает сбой и число импульсов меняется. Использование послесвечения экрана осциллографа четко показывает, что стабильными в пакете являются только 7 импульсов (у них отсутствует постоянная линия «земли») остальные импульсы то присутствуют, то нет. Что это за артефакты, с какой периодичностью они повторяются, каковы их параметры?

Рисунок 1
(здесь и далее щелчок по изображению - увеличение)

Способ 1. Использование послесвечения.

Как уже видно на рисунке 1 послесвечение позволяет очень четко определить именно наличие отклонения от нормальной формы сигнала. Но не может дать ответ на вопросы с какой периодичность следует сбой и какую форму имеет сбой и в какой последовательности следуют отклонения. И как следствие становятся невозможными измерения временных, амплитудных и статистических параметров сбоя.

Итак, при использовании 1-го способа цель не достигнута.

Способ 2. Длинная память.

Попытаться найти ответ можно в использовании длинной памяти осциллографа – записать в память осциллографа 8 миллионов точек, растянуть сигнал в 40000 раз и используя регулятор временной задержки, методом прокрутки найти интересующие артефакты.

Рисунок 2

Так на рисунке 2 приведена осциллограмма при захвате на времени развертки 2 секунды. Верхняя осциллограммы это исходный сигнал, нижняя осциллограммы это растяжка верхней осциллограммы до времени развертки 50 мкс, при котором становятся видны импульсы.

Но тут обнаруживается, что артефакты повторяются достаточно редко, это может быть и реже, чем 1 раз в 20 секунд (а это время в течение которого происходит регистрация сигнала) и регистрации артефакты вообще не было. Попытка увеличить время развертки для захвата как можно большей временной области привела к снижению частоты дискретизации, что привело к значительному искажению формы входного сигнала. Напомним, что исходной сигнал содержит не менее 7 импульсов, как это четко показало послесвечение, а на рисунке 2 их всего три. Частота дискретизации связана с временем развертки соотношением:

[1],

где 10 это число отображаемых делений экрана (чаще всего это 10 делений, но у некоторых моделей ЦЗО это число может быть и больше). И как следует из этой формулы, при увеличении времени развертки частота дискретизации линейно уменьшается, что и приводит к искажению формы сигнала на рисунке 2.

К тому же при растяжке сигнала в 40000 раз не так уж легко искать артефакты, особенно если осциллограф их не захватил.

Итак, при использовании 2-го способа цель то же не достигнута, не смотря на то, что как раз длинная память и предназначена для фиксации как можно большей части сигнала включая редкие артефакты. Как видно использование длинной памяти имеет некоторые ограничения.

Способ 3. Запись осциллограмм.

Использование возможности записи осциллограмм – это одно из основных преимуществ ЦЗО перед аналоговыми осциллографами. Попробуем последовательно записывать в память осциллограммы, считая, что в память ЦЗО будут записаны осциллограммы содержащие артефакты, а затем просмотреть осциллограммы, найти содержащие артефакты и произвести измерения всех интересующих параметров (хотя теоретически, если артефакт повторяется один раз за тысячу сигналов, необходимо просмотреть 1001 осциллограмму, нелегко, но наука требует жертв!). При попытке записи осциллограмм обнаруживается, что скорость записи осциллограмм в миллионы раз меньше скорости захвата осциллограмм, гигантский объем информации теряется безвозвратно и опять же достичь оперативно необходимого результата не возможно. К тому же из всего объема памяти 8М на одну осциллограмму, сохраняется всего лишь максимум 1000 точек, а это в 8000 раз меньше самой длинны памяти! Итак, при использовании 3-го способа цель так же не достигнута.

Пример №2. В последовательности импульсов прямоугольной формы периодически (или не периодически?) наблюдается сбой. Режим отображения осциллограммы без послесвечения не в состоянии зафиксировать артефакты (см рисунок 3).

.

Рисунок 3

При включении режима послесвечения видно, что сигнал искажается и очень сильно. Ответ на вопросы, что это за артефакты, каковы их параметры и с какой периодичность они повторяются используя способы 1, 2 и 3, к сожалению, для данного ЦЗО получить не возможно.

Рисунок 4

Пример №3. В последовательности импульсов наблюдается сбой. Как видно на рисунке 5 артефакт выражается в появлении в структуре сигнала импльса с фронтом нарастания и спада отличающемся от фронтов регулярного сигнала. Аналогично примерам 1 и 2 - осциллограф фиксирует артефакт, но не более того, а сколько импульсов имеют искаженный фронт – вопрос без ответа.

Рисунок 5

К сожалению, других методов поиска артефактов для данного типа ЦЗО, кроме описанных выше, не существует, из-за уверенности производителя, что данный осциллограф «не нуждается в специальных режимах работы для улучшения захвата осциллограмм». Имеющийся режим синхронизации по условиям длительности сигнала, может быть полезен только для фиксации небольшой части аретафактов в примере №2, поскольку в примерах №1 и №3 длительность импульса не меняется. И как видно, более менее действенным, оказывается режим послесвечения. Очевидно, что в погоне за приближением к аналоговому осциллографу, разработчики данного осциллографа, значительно удалились от основных возможностей самого цифрового осциллографа. Уделяя большое внимание скорости захвата осциллограмм, разработчики проигнорировали современные возможности схемы запуска развертки и режима работы развертки. К слову сказать, для анализа скорости захвата осциллограмм можно ввести понятие КПД осциллографа.

 

[2],

 

Из данных приведенных производителем нетрудно рассчитать, что КПД находится в пределах от 0,1% на быстрых развертках до 50% на медленных развертках. Что такое 0,1% КПД? Это 1 захваченная осциллограмма из 1000, что в сути не очень и мало для любого ЦЗО. 50 % - это захвачена каждая вторая осциллограмма, а это действительно прекрасный результат.

Примеры, приведенные выше для артефактов, присутствующие в сигнале, конечно достаточно просты, но они наглядно показывают, что только быстрого сбора и вывода информации на экран ЦЗО в большинстве случает недостаточно. Особенно если речь идет о разработках новых сложных электронных систем, содержащих сложные как аналоговые, так и цифровые сигналы. Или если проводятся научные эксперименты и серьезные исследования.

В современных ЦЗО различных производителей для наблюдения, фиксации, измерения параметров сигналов и статистической обработки широко используются два метода:

  1. Использование современных, расширенных режимов работы схемы синхронизации.
  2. Использование специальных режимов развертки.

Применение этих способов по отдельности или совместно позволяет полностью решить задачи, приведенные в примерах 1,2 и 3, а так же гораздо более широкий круг задач стоящий перед инженером-разработчиком или инженером-исследователем.

Современные цифровые осциллографы, например LeCroy, помимо традиционного для аналогового осциллографа, запуска по положительному или отрицательному фронту имеют следующие режимы схемы синхронизации или другое название - условия запуска развертки:

•  Запуск по параметрам окна . Окно – это зона с верхней и нижней границами, между которыми находится значение уровня запуска. Схема запуска срабатывает, когда уровень сигнала пересекает границу в направлении выхода из зоны. Следующий запуск возможен после возврата сигнала в зону окна.

•  Рантовая синхронизация . Рант – это импульс положительной или отрицательной полярности имеющий меньший уровень, чем все остальные импульсы в регулярной последовательности. Запуск развертки осуществляют только те импульсы, амплитуды которых попадают в заданный пользователем диапазон согласно условий когда импульс пересечет 1-й заданный порог уровня, но не пересечет 2-й заданный порог уровня и повторно пересечет 1-й порог. Это вид синхронизации позволяет производить запуск развертки по сигналу, отличающемуся только по уровню в последовательности периодического сигнала, когда частота и длительность для всего сигнала одинакова. В этом режиме можно так же задавать диапазон длительностей ранта и напряжений, в этом случае запуск развертки будет происходить в случае нахождения длительности и амплитуды ранта внутри либо за пределами заданного диапазона.

•  Запуск по скорости нарастания (спада) сигнала . Скорость нарастания (спада) сигнала - это время, в течение которого происходит изменение (нарастание или спад) сигнала от заданного уровня 1 к заданному уровню 2. Запуск развертки осуществляют только те сигналы, у которых скорость нарастания попадает в заданные пределы. Скорость нарастания (спада) сигнала не следует трактовать только как время нарастания или спада сигнала, это более широкое понятие, включающее в себя общее времени измерения сигнала от уровня 1 до уровня 2, в течение которого сигнал может многократно изменять вектор, лишь бы он находился в пределах зоны образованной уровнями 1 и 2.

•  Запуск по условиям длительности сигнала . Запуск происходит по положительным или отрицательным импульсам заданной длительности, имеющим амплитуду выше или ниже заданного уровня. Также задаются условия контроля длительности – больше, меньше, в пределах или за пределами заданных значений. Запуск будет происходить в случае выполнения заданных условий запуска.

•  Запуск по глитчу; Запуск по ширине глитча – частный случай режима запуска по длительности. Запуск происходит по импульсам, имеющим заданную длительность или входящим в заданный диапазон длительностей. Напряжения и диапазоны напряжений в расчет не берутся.

•  Запуск по интервалу . В отличие от режима синхронизации по глитчу, в режиме синхронизации по интервалу значение имеет не длительность импульса, а длительность интервала, разделяющего два последовательно идущих фронта одной и той же полярности — положительной или отрицательной. Этот режим синхронизации можно использовать для регистрации интервалов, длящихся меньше или больше заданного времени. Можно также определить диапазон длительностей, в котором или вне которого должен находиться интервал между двумя фронтами, чтобы вызвать запуск развертки.

•  Логический запуск. Этот вид синхронизации позволяет организовать запуск по логической схеме, входами которой являются каналы осциллографа (канал1, 2,3 и 4 и вход внешней синхронизации). Для формирования логической функции имеется 4 логических оператора (И, НЕ-И, ИЛИ, НЕ-ИЛИ). По каждому из входов можно независимо установить высокий (уровень логической единицы) или низкий (уровень логического нуля) уровень.

•  Отложенный запуск . Используется главным образом при регистрации однократных событий, и обычно с предпусковой задержкой. С его помощью можно фиксировать моменты пропадания сигнала. Запуск происходит по истечении времени ожидания, исчисляемого от последнего прохождения уровня запуска.

•  По качеству. При этой синхронизации необходимо задействовать два канала осциллографа. Это режим синхронизации, при котором положительный или отрицательный фронт одного сигнала (канала) служит разрешением на запуск от другого сигнала (канала). В этом режиме задается интервал времени или количество событий после прихода разрешающего фронта, по истечении которого должен произойти запуск.

•  По состоянию . При этой синхронизации необходимо задействовать два канала осциллографа. Запуск по квазистабильному уровню одного канала, согласно которому сигнал, определяющий условие запуска на втором канале, должен быть выше или ниже заданного уровня. Отличие от запуска по качеству состоит в том, что сигнал первого канала должен именно оставаться ниже или выше заданного уровня, а не временно переходить в области выше или ниже этого уровня.

•  ТВ синхронизация. Обеспечивает устойчивый запуск от стандартного (или специального) композитного видеосигнала с возможностью выделения строк. Возможно исследование сигнала в системах PAL, SECAM, NTSC, HDTV и пр.

Как видно из описания видов синхронизации приведенных выше, для поиска артефактов в сигнале наиболее подходящими являются виды синхронизации с 1 по 6. Их условно можно разделить, как наиболее подходящие для поиска артефактов по амплитуде – это запуск по параметрам окна и рантовая синхронизация. Для поиска временных артефактов – это запуск по скорости нарастания (спада) сигнала, запуск по условиям длительности сигнала, запуск по глитчу и запуск по интервалу. Очевидно, что возможно комбинирование условий синхронизации, например рантовой и по длительности, в этом случае возможна фиксация ранта заданной длительности.

Для выполнения задачи по регистрации и измерению параметров импульса приведенного в примере 2, очевидно, что для регистрации артефактов необходимо использование разных режимом синхронизации. Для наглядного примера регистрации артефактов используем цифровой осциллограф LeCroy Wave Surfer -454. Используем режим синхронизации по длительности, как видно из рисунка 3, длительность основных импульсов составляет порядка 1,25 мкс. В установках синхронизации по длительности установим запуск синхронизации при длительности импульса больше 1,25 мкс ± 72нс. Осциллограф в режиме ждущей синхронизации начинает фиксировать артефакты, приведенные на рисунке 6 и 7.

Рисунок 6


Рисунок 7

Одновременно с этим, как видно из рисунков, с использованием функции выделения окна для измерений возможно проведение измерений амплитудных и временных параметров только зафиксированного артефакта, а не всех «ординарных» импульсов так же присутствующих на экране.

Этот режим синхронизации стал уже стандартным атрибутом в большинстве ЦЗО, в том числе и для осциллографа использующего технологию MegaZoom III , приведенного для примеров выше, но данный вид синхронизации может регистрировать лишь часть некоторую, ничем не самую большую, часть артефактов, которые могут присутствовать в исходном сигнале.

Для регистрации других временных артефактов используем синхронизацию по скорости нарастания. Из рисунка 6 видно, что измерение времени нарастания импульса дает результат порядка 53 пс. Выберем режим запуска по скорости нарастания и зададим скорость нарастания 67 пс. Результат регистрации артефакта приведен на рисунке 8. Выберем режим запуска по скорости спада. Результат регистрации артефакта приведен на рисунке 9.

Рисунок 8


Рисунок 9

Для регистрации кратковременных сбоев необходимо выбрать синхронизацию по глитчу. Установим длительность глитча мене 1,2 мкс. Результат регистрации артефакта приведены на рисунке 10 и 11.

Рисунок 10


Рисунок 11

Для регистрации амплитудных артефактов используем рантовую синхронизацию. Из результата измерений видно, что амплитуда «ординарного» импульса чуть более 5 Вольт. Зададим как условия рантовой синхронизации регистрацию положительных импульсов с амплитудой меньшей, чем у «ординарного» импульса. Результаты регистрации и измерения амплитуды положительного ранта приведены на рисунках 12 и 13, а параметров отрицательного ранта на рисунке 14.

Рисунок 12


Рисунок 13


Рисунок 14

Для регистрации ранта в регулярной последовательности, очевидно, что невозможно воспользоваться стандартной синхронизацией по уровню, поскольку алгоритм синхронизации по уровню предполагает запуск развертки при превышении установленного уровня запуска при нарастающем фронте, и снижение ниже заданного уровня при отрицательном фронте. Регистрация ранта требует как раз обратных условий – запуск развертки при уровне, не превышающем заданного значения.

Функцией, обратной рантовой синхронизации, является запуск по параметрам окна. При этой синхронизации запуск развертки производится не по сигналам находящимся в пределах диапазона уровня ранта, а за пределами установленного диапазона, которое называется окном. В отличие от синхронизации по уровню, которая обеспечивает синхронизацию только при превышении сигналом уровня запуска или снижении сигнала ниже уровня запуска, а регистрацию и запуск развертки как при превышении сигналом уровня запуска, так и при снижении сигнала ниже уровня запуска. То есть в этом режиме синхронизации возможна регистрация артефактов превышающих по модулю значение «ординарного» сигнала как верх так к и вниз. Рисунок 15 поясняет действие синхронизации по параметрам окна.

Рисунок 15

Пример приведенный на рисунке 4 не имеет такого рода артефакты, но его не трудно смоделировать на другой последовательности импульсов.

На рисунке 16 приведена осциллограмма сигнала на отдельных участках которого четко видны различные как положительные так и отрицательные артефакты.

Рисунок 16

Применение синхронизации по параметрам окна позволяет выделить положительные артефакты, пример одного такого артефакта приведен на рисунке 17 или отрицательные артефакты – см рисунок 18.

Рисунок 17


Рисунок 18

Примеры, приведенные выше - это лишь небольшая часть возможностей схемы запуска развертки современного ЦЗО для наблюдения и регистрации сигналов различной формы, поиска и фиксации артефактов. Использование в полной мере всех возможностей схемы синхронизации дает мощный инструмент для исследований и различных разработок в самых широких областях науки и техники.

Возможности схемы синхронизации, приведенные выше, позволили четко фиксировать аномалии в сигнале, проводить измерения параметров этих аномалий, создавать базу данных по аномалиям. Но на один из вопросов: «С какой периодичность повторяются аномалии?» пока ответа не последовало.

Осциллографы LeCroy серий WaveRunner, WavePro и WaveMaster, в отличии от всех других осциллографов присутствующий на рынке, так же позволяют производить измерения времени между запусками развертки. Информация о времени между запусками развертки у осциллографов LeCroy фиксируется, сохраняется и анализируется. Эта функция измерения является стандартной для всех вышеуказанных осциллографов LeCroy.

Для примера можно использовать осциллограф WavePro -7300А в режиме регистрации артефактов при синхронизации по длительности. На рисунке 19 приведена осциллограмма последовательной регистрации артефактов, режима измерения времени между соседними запусками развертки и гистограмма статистики по запускам.

Рисунок 19

Как видно из рисунка, результаты измерений между запусками (левое окно измерений Р1) показывают, что минимальное время между артефактами равно 685 мкс, максимальное время 1,51 секунд, а среднее время между артефактами составляет 1,11 секунд. Статистика об интервалах времени между запусками была собрана при регистрации 649 артефактов. На основании этих статистических данных можно построить гистограмму распределения (на рисунке она приведена красным цветом). Как видно из анализа гистограммы, в основном артефакты появляются с 6-ю различными периодами повторения. Для получения данных о каждом пике гистограммы (или о каждом из 6-ти временных интервалов появления артефакта), можно так же воспользоваться режимом автоматических измерений (на рисунке 19 это окна Р2….Р5) или использовать курсор - результат его измерений приведен в правом нижем углу.

Из всего приведенного выше можно сделать вывод, что только использование расширенных режимов схемы синхронизации совместно с алгоритмами проведения измерений параметров самого сигнала и измерений параметров схемы запуска, совместно со статистической обработкой дает реальные и наглядные результаты при исследовании сигналов различной, даже самой сложной формы.

Часть II: Специальные режимы развертки

Наряду с сигналами, которые были приведены в примерах, существуют сигналы, для наблюдения и исследования которых, недостаточно методов описанных выше. Это возможно лишь при использовании специальных режимов развертки. К такому режиму относится режим сегментированной развертки или он же режим сегментированной памяти.

Например, есть необходимость исследования частоты и формы редких, коротких импульсов. Подадим на вход осциллографа импульсы частотой следования 1Гц и длительностью 105 нс. При использовании классического способа захвата в длинную память ЦЗО результат будет следующим. Применим для эксперимента осциллограф LeCroy WavePro -7300 A максимальная длина памяти которого составляет 48М, а частота дискретизации 20 Гвыборок в секунду, что является на сегодняшний день одним из самых мощных осциллографов (напомним, что на сегодняшний день максимальная длина памяти в мире для ЦЗО реального времени составляет 96М – это осциллографы серии LeCroy WaveMaster ). Сигнал, отображенный на развертке 500 мс/деление, приведен на рисунке 20.

Рисунок 20

Осциллограммы в верхней части отображает исходный сигнал и как видно из измерения частоты она соответствует частоте исходного сигнала. Применим растяжку основной развертки, для увеличения размеров интересующего импульса. На растяжке в нижней части экрана веден значительно искаженный импульс и причина искажений – это недостаточно высокая частота дискретизации. Измерение параметров импульса в этом случае не имеет никакого смысла. Сохраняя на экране период следования импульсов, теряется информация о форме импульса, попытавшись сохранить информацию о форме импульса (а это возможно только при уменьшении времени развертки) будет потеряна информация о периоде следования импульсов. Но при решении этой задачи бесполезными с точки зрения сбора информации являются участки сигнала между импульсами (см. рисунок 21).

Рисунок 21

Приостановив сбор информации о сигнале в промежутках между импульсами, можно использовать освободившуюся память для сбора более детальной информации о самих импульсах. Из формулы [1], как уже отмечалось ранее, следует, что при неизменной длине памяти осциллографа, при увеличении времени развертки, частота дискретизации неизбежно уменьшается, и возникают условия, при которых достоверное отображение сигнала становится невозможным (см. рис.2). И очевидно, что чем большая часть «бесполезного» сигнала игнорируется осциллографом, тем больше полезной информации можно записать во внутреннюю память осциллографа. В этом режиме часть сигнала, записываемая во внутреннюю память осциллографа, называется сегментом. А развертка, обеспечивающая эту запись – сегментированная развертка.

Число возможных сегментов памяти связанно с общей длинной памяти, частотой дискретизации и разверткой следующим соотношением:

[3],

Максимально возможное число сегментов памяти для осциллографов LeCroy составляет 10000. Это позволяет решить одну лишь задачу – сохранить максимальную частоту дискретизации для более достоверного отображения сигнала, но как сохранить информацию о периоде повторения информации? Как уже было приведено в примерах, например на рисунке 19, осциллографы LeCroy способны хранить и обрабатывать информацию о времени запуска развертки. В режиме сегментированной развертки эта информация хранится в буфере схемы запуска и содержит информацию о времени запуска как между соседними сегментами, так и времени запуска отдельного сегмента начиная с момента запуска первого сегмента, обладая этой исходной информацией, при необходимости, осциллограф может рассчитать время между любыми сегментами памяти. Погрешность измерения этих временных интервалов равна погрешности измерения временных интервалов в режиме автоматических измерений для одиночного импульса.

Так для импульсов на рисунке 20 применим режим сегментированной развертки, с числом сегментов 4. Результат приведен на рисунке рис. 22

Рисунок 22

Частота дискретизации составляет 20 Гвыборок в секунду. Из результатов автоматических измерений видно, что все параметры импульса, как временные, так и амплитудные, измерены достоверно, а время следования импульсов составляет 1 секунда.

Режим сегментированной памяти позволяет так же фиксировать редкие и непериодические сигналы с максимальной частотой дискретизации и в масштабе удобном для просмотра. Примером таких сигналов могут служить данные, передаваемые по шине CAN , исследование лазерных излучений, исследование электрических разрядов, исследования в физике элементарных частиц, разработка систем пакетной передачи данных и многое другое.

Режим сегментированной развертки имеет более расширенные режимы отображения сигнала на экране осциллографа, чем основная развертка. Связанно это с тем, что в режиме основной развертки ЦЗО способен хранить и выводить на экран информацию о сигнале только за одну развертку. В режиме сегментированной памяти таких разверток в памяти ЦЗО может храниться до 20000 и все они могут быть выведены на дисплей. В зависимости от стоящих задач, осциллографы LeCroy предлагают один из режимов вывода сегментированной памяти:

•  Рядом – сегменты последовательно располагаются рядом друг с другом. Слева расположен самый ранний сегмент.
•  Мозаика - сегменты последовательно располагаются рядом друг с другом в несколько строк. Слева вверху расположен самый ранний сегмент.
•  Наложение - сегменты накладываются друг на друга.
•  Каскад - сегменты последовательно располагаются рядом друг над другом. Снизу расположен самый ранний сегмент.
•  Перспектива - сегменты последовательно располагаются рядом друг над другом с небольшим трехмерным смещением вправо и в даль. Снизу расположен самый ранний сегмент.

Рядом – этот режим отображения наиболее предпочтителен для небольшого числа сегментов и он представлен на рисунке 22. Очевидно, что при большом числе сегментов изображение будет плохо различимым и придется применять отдельную функцию выделения одного или нескольких сегментов с отображением в отдельном окне. Функция выделения определенного сегмента (или сегментов) является важным элементом сегментированной памяти, поскольку именно она позволяет выбрать из общей картинки необходимый элемент и в дальнейшем произвести его измерения, математическую обработку, запись и другие действия. Так на рисунке 23 приведен пример захвата последовательности сигнала, отображения 80-ти сегментов «рядом» и выделения 55 сегмента с измерением всех его параметров.

Рисунок 23

Мозаика - этот режим наиболее подходит для отображения, визуальной идентификации и сравнения различного рода артефактов и сигналов, имеющих различную структуру от сегмент к сегменту. Такие сигналы уже были приведены на рисунках 4, 6…14. Так на рисунке 24 приведен пример захвата и отображения в виде мозаики 20-ти сегментов и детализации 5 сегмента.

Рисунок 24

Наложение - режим обеспечивает наиболее эффективное сравнение по форме всех сегментов и идентификацию участков сигнала или параметров сигнала имеющих отличия друг от друга. Так для примера на рисунке 5 используем режим наложения, а выделение сегментов осуществляется в 7-и различных окнах ( F 1- F 7) в которых отображаются заданных сегменты и у каждого импульса призводитисчя измерение времени нарастания ( P 1- P 6)

Рисунок 25

Каскад – режим, который в отличие от режима наложения обеспечивает не только визуальную идентификацию отличия сигнала в сегментах, но и позволяет определить временное положение сигналов имеющих различия. На рисунке 26 приведен пример отображения сигнала приведенного на рисунке 5 в режиме «каскад» при отображении 10 сегментов.

Рисунок 26

Перспектива – режим, позволяющий визуально оценить степени изменения сигнал в трехмерном пространстве. На рисунке 27 приведен пример захвата и отображения импульсного сигнала у которого изменяются время спада.

Рисунок 27

Так решение задачи приведенной на рисунке 1, может быть достигнуто только при использовании сегментированной развертки, поскольку ни один из существующих видов синхронизации ЦЗО не способен четко идентифицировать различия в таком сигнале – параметры импульсов в одном пакете абсолютно идентичны параметрам импульсов в других пакетах и различие составляет только число импульсов в пакете. Так на рисунке 28 приведен пример каскада сегментов и «раскодировка» сигнала, ранее представленного на рисунке 1 в виде выделения 48, 49 и 50 сегментов, в которых четко видно, что артефактом является наличие в последовательности пакетов с числом импульсов 10 вырожденных пакетов с числом импульсов 9,7 и 8. Так же методами, изложенными выше, возможно измерение всех параметров этого пакета, определение периодичности появления вырожденных пакетов, определение статистических параметров, как вырожденных пакетов, так и истинных пакетов.

Рисунок 28

Осциллографы других производителей, например, осциллографы активной использующие технологию Fast Acquisition , то же обладают режимом, аналогичным режиму сегментированной памяти. Но в отличии от основных возможностей изложенных выше, предлагается только режим отображения сегментов типа «наложение» и только измерение времени между сегментами. Другие особенности применения сегментированной памяти для таких осциллографов недоступны.

Другим режимом, еще более расширяющим возможности цифрового осциллографа, является режим допускового контроля. Большинство ЦЗО, включая бюджетные модели, имеет режим допускового контроля по форме сигнала. Но использование допускового контроля с использованием булевых функций; допускового контроля одного или нескольких результатов измерений параметров сигнала; программирование действий допускового контроля – это тоже является уникальной возможность осциллографов LeCroy , отсутствующей у ближайших конкурентов. Но об этом в следующий раз.

 

Отсутствие ошибок и опечаток не гарантируется. Технические характеристики средств измерений неутвержденного типа могут быть изменены без предупреждения.
На нашем сайте работает система коррекции ошибок Orphus. Обнаружив неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет получено администратором сайта. Спасибо за помощь!