Что такое цифровой запоминающий осциллограф?

Что такое цифровой запоминающий осциллограф?

Цифровой запоминающий осциллограф — это измерительный прибор, который преобразует изменения электрических сигналов с течением времени в цифровые данные, записывает их во внутреннюю память и отображает на дисплее.

В отличие от тестеров, которые измеряют напряжение или ток только в один момент времени, осциллографы могут наблюдать период/частоту электрического сигнала, нарастающий фронт сигнала и разницу во времени/фазе между несколькими сигналами.

Осциллографы в целом подразделяются на цифровые запоминающие осциллографы и аналоговые осциллографы. В то время как аналоговые осциллографы проецируют электрические сигналы на электронно-лучевую трубку в реальном времени, цифровые запоминающие осциллографы, которые здесь используются, собирают информацию в виде «точек», полученных путем выборки электрических сигналов через дискретные интервалы времени, и отображают псевдосигналы.

Применение цифровых запоминающих осциллографов

Осциллографы — это измерительные приборы, используемые для наблюдения за электрическими сигналами, такими как напряжение и ток, в электрических цепях в виде волновых форм с горизонтальной осью времени. Они используются для проверки и отладки работы промышленного и потребительского оборудования в процессе разработки, а также для анализа причин выхода продукта из строя.

Цифровые запоминающие осциллографы преобразуют электрические сигналы в формы волн после обработки данных, такой как аналого-цифровое преобразование. В результате они имели недостаток с точки зрения производительности в реальном времени по сравнению с аналоговыми осциллографами.

Однако с 2000 года частота обновления экрана была улучшена до уровня, который не мешает практическому использованию. Кроме того, поскольку цена цифровых запоминающих осциллографов постепенно снижалась, они в основном используются в настоящее время.

Принцип работы цифровых запоминающих осциллографов

1. Обработка входного сигнала

Цифровые запоминающие осциллографы используют аттенюатор для регулировки чувствительности входного сигнала, усилитель для оптимизации амплитуды и аналого-цифровой преобразователь для преобразования сигнала в цифровое значение. Цифровое значение записывается в память записи как данные одной точки в форме сигнала.

2. Память записи

Память записи имеет структуру памяти FIFO (первым пришел — первым вышел). Когда память записи заполнена, самые старые данные отбрасываются и записываются новые. В результате память записи всегда обновляется с помощью последних данных.

3. Форма сигнала

Запись из АЦП в память записи управляется схемой триггера. Когда запись в память записи останавливается сигналом из схемы триггера, запись формы сигнала, которая представляет собой набор данных для каждой точки, сохраненной там, передается в память дисплея. На основе данных в памяти дисплея форма сигнала отображается на дисплее осциллографа.

4. Предварительный запуск

Когда сигнал схемы запуска немедленно останавливает получение нового сигнала, запись формы сигнала, сохраненная в памяти записи, является той, которая была до сигнала запуска. Эта способность наблюдать входные сигналы до сигнала запуска является одной из особенностей цифровых запоминающих осциллографов и называется предварительным запуском. С аналоговыми осциллографами трудно захватывать формы сигнала до сигнала запуска, поскольку развертка яркой линии начинается после получения сигнала запуска.

Как выбрать цифровые запоминающие осциллографы

При выборе модели важно использовать осциллограф с достаточными характеристиками для содержания измерений. В частности, следует учитывать следующие моменты:

• Частотная характеристика
  Чем шире полоса частот, тем лучше
• Частота дискретизации
  Чем выше частота дискретизации, тем лучше
• Количество каналов
  Чем больше количество каналов, тем выгоднее
• Объем памяти
  Чем больше объем памяти, тем больше преимущество
• Доступные типы датчиков
  Чем больше доступно датчиков, тем лучше
• Функция триггера
  Преимущество заключается в возможности установки различных условий триггера.

В дополнение к основному использованию цифровых запоминающих осциллографов для наблюдения за формой сигнала их применение расширяется и включает проверку синхронизации, анализ формы сигнала и тестирование на соответствие. С другой стороны, чем выше требуемая производительность, тем выше неизбежно будет цена. Поэтому все больше растет потребность в выборе модели с функциями, соответствующими предполагаемому использованию.

Другая информация о цифровых запоминающих осциллографах

1. Использование записи формы сигнала

Поскольку цифровые запоминающие осциллографы записывают входные сигналы в виде цифровых данных в памяти записи, также может быть выполнен анализ формы сигнала с использованием данных в памяти записи, например, частотный анализ сигналов с помощью операций БПФ. Кроме того, данные могут быть выведены на внешнее запоминающее устройство (USB-память и т. д.) для анализа и хранения данных с помощью ПК.

2. Меры по борьбе с наложением спектров

Цифровые запоминающие осциллографы могут наблюдать неправильные формы сигналов, если интервал выборки слишком велик по сравнению с частотой входного сигнала. Это называется «наложением спектров». Чтобы предотвратить это, необходимо получать данные о форме сигнала с частотой выборки, которая более чем в два раза превышает максимальную частоту входного сигнала.