Антиплагиат (1196142), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Поскольку полоса сигнала после стробоскопического смесителяограничивается, мож ет быть использован относительно узкополосный усилитель. Таким образом, полоса пропусканиявходного усилителя не является ограничивающ им фактором для частотного диапазона осц иллографов такого типа.Рисунок 1.3 – Структурная схема ц ифровых стробоскопических осц иллографовОднако платой за широкую полосу осц иллографов э той архитектуры является ограниченный динамический диапазон.Поскольку перед входом стробоскопического смесителя отсутствует аттенюатор/усилитель, то отсутствует и возмож ностьизменения входных сигналов. Поэ тому динамический диапазон входного сигнала осц иллографа определяетсядинамическим диапазоном стробоскопического смесителя.
У большинства стробоскопических осц иллографов э тахарактеристика ограничена значением примерно 1 В (пик-пик), в отличие от ц ифровых запоминающ их осц иллографов иосц иллографов с ц ифровым люминофором, на вход которых мож но подавать сигнал амплитудой до 50 или до 100 В.Помимо всего прочего, перед стробоскопическим смесителем нельзя включить защ итные диоды, поскольку э то ограничитполосу пропускания.
Это значит, что безопасное входное напряж ение осц иллографа такого типа составляет около 3 В,что является очевидным недостатком по сравнению со значением порядка 500 В для осц иллографов других типов.При измерениях высокочастотных сигналов осц иллографы SO и РО могут оказаться неспособными захватить достаточноеколичество выборок на одну развёртку. В э том случае ц ифровой стробоскопический осц иллограф представляет собойидеальный инструмент для точного захвата сигналов с частотными составляющ ими, значительно превышающ ими скоростьвыборки прибора.
Архитектура э тих осц иллографов позволяет работать с сигналами, полоса которых на порядок больше,чем у сигналов, доступных любому другому типу осц иллографов. Стробоскопические осц иллографы могут иметь ширинуполосы пропускания и быстродействие системы запуска в десять раз выше, чем у любого другого прибора,предназначенного для измерений периодических сигналов. Современные стробоскопические осц иллографы обладаютполосой пропускания до 80 ГГц .1.2.4 Осц иллографы смешанных сигналовОсц иллографы смешанных сигналов (MSO) сочетают характеристики осц иллографов с ц ифровым люминофором (РО) сбазовыми функц иями 16-канального логического анализатора, включая возмож ность декодирования протоколапараллельных/последовательных шин и запуска по сигналам э тих шин.
Цифровые каналы MSO, подобно любой логическойсхеме, видят ц ифровой сигнал, как последовательность высоких и низких логических уровней. Это значит, что пока звоны,выбросы и скачки уровня земли не вызывают логических переходов, э ти аналоговые э ффекты в MSO не учитываются.Подобно логическому анализатору, для определения высокого или низкого логического уровня сигнала MSO используетпороговое напряж ение.MSO очень удобен для быстрой отладки ц ифровых схем, предлагая разнообразные функц ии запуска, регистрац ию свысоким разрешением и средства анализа.
Одновременный анализ аналоговых и ц ифровых сигналов позволяет быстровыявлять основные причины многих проблем, превращ ая MSO в идеальный прибор для проверки и отладки ц ифровыхсхем.1.2.5 Сравнение осц иллографов от разных производителейВ наше время выбор ц ифрового осц иллографа является непростой задачей, так как на рынке сущ ествует множ ествопредлож ений от разных производителей. В таблиц е 1.1 приведены модели ц ифровых запоминающ их осц иллографовподобранных по одинаковой полосе пропускания:Таблиц а 1.1 - Сравнение характеристик осц иллографов разных производителейХарактеристикиGW InstekGS-2102RIGOLS1102CTektronix TS2012СLeCroy WA 1012HantekSO-5102MПолоса пропускания100 МГц100 МГц100 МГц100 МГц100 МГц[15]Время нарастания≤ 3,5 нс≤ 3,5 нс≤ 3,5 нс≤ 3,5 нс≤ 3,5 нсКоэ ф.
отклоненияот 2мВ/дел до 5 В/делот 2 мВ/дел до 5 В/делот 2 мВ/дел до 5 В/делот 2 мВ/дел до 10 В/делот 2 мВ/дел до 5 В/дел[9]Погрешность [12]установки Коткл.±3 %± 3-4 %±3 %± 3%± 3-4%Коэ ф. развертки (Кразв.)от 1нс/дел. до 10 с/дел.от 5 нс/дел до 50с/делот 2,5 нс/делдо 50 с/делот 2,5 нс/делдо 50 с/делот 4 нс/дел до 40с/делПогрешность[12]установки Кразв.± 0,01 %± 0,01 %50 х 10-60,01 %не указаноРазрешение по вертикали8 бит8 бит8 бит8 бит8 битЧастота дискретизац ии1 Гвыб/с400 Мвыб/с2 Гвыб/с1 Гвыб/с1 Гвыб/сЭквив.
частота дискретизац ии25 Гвыб/с25 Гвыб/сОтсутствует50 Гвыб/с25 Гвыб/сДлина записи2500010000002500010000002000000Интерполяц ияЛинейнаяSincSin(x)/xSinc, линейнаяЛинейнаяВходное сопротивление1 МОм1 МОм1 МОм1 МОм1 МОмЦена54 300 руб29 900 руб118 900 руб91 300 руб34 800 рубКак видно из таблиц ы 1.1, осц иллографы, имеющ ие большинство схож их характеристик, на деле имеют разную ц ену –самый дешевый стоит в 4 раза меньше самого дорогого. Отсюда появляется сомнение, что более дешевая продукц ия откитайских производителей мож ет конкурировать в качестве с признанными лидерами на рынке осц иллографов – Tektronixи LeCroy. Мож но предполож ить, что дешевизна продукц ии обуславливается низким качеством компонентов и их сборки,что в свою очередь мож ет привести к ситуац ии, когда осц иллограф не соответствует характеристикам заявленнымпроизводителем.
Из [1] следует, что продукц ия фирмы RIGOL очень часто не соответствует характеристикам заявленнымпроизводителем, а осц иллографу Hantek SO-5102M не присвоили номер в Госреестре средств измерений, из-за провалапроверки и испытаний. Так, к примеру, в ходе его проверки не удалось установить погрешность установкигоризонтальной развертки. По каким-то причинам э ти осц иллографы имеют значительную погрешность измерений ипригодны только для оц енки наблюдаемого сигнала. Тогда остро встает вопрос о правильном выборе осц иллографаподходящ его для нуж д конкретного пользователя.Вследствие э того, поставим задачу разобраться с причинами погрешностей в ц ифровых осц иллографах и провестидетальный анализ основных характеристик.2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЦИЛЛОГРАФОВ2.1 Полоса пропусканияОсновной задачей для любых осц иллографов было и остается достоверное отображ ение формы и проц есса протеканиявходного э лектрического сигнала.
К одной из основных характеристик современного ц ифрового запоминающ егоосц иллографа относится полоса пропускания. Попробуем выяснить, как э та характеристика влияют на качествоотображ ения формы сигнала и где потребитель мож ет ошибиться, выбирая прибор только по техническимхарактеристикам.Перейдем к полосе пропускания. Этот параметр является определяющ им при выборе осц иллографа вообщ е и ц ифровогозапоминающ его осц иллографа (ЦЗО) в частности.
Упрощ енная блок-схема ЦЗО приведена на рисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Блок-схема ц ифрового запоминающ его осц иллографаПолоса пропускания осц иллографа формируется, в основном, его аналоговой частью — входными ц епями и усилителем.Производители осц иллографов иногда напрямую указывают э тот параметр.Цифровую часть прибора и ее влияние на полосу пропускания рассмотрим ниж е. Многие пользователи считают, что чемшире полоса пропускания, тем достовернее осц иллограф воспроизведет форму сигнала. Определим всегда ли э то верно.Полоса пропускания осц иллографа определяется как полоса частот от постоянного тока до частоты, на которойамплитуда входного синусоидального сигнала снизится до уровня –3 дБ по сравнению с исходной.
На рисунке 2.2приведена идеализированная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) осц иллографа. Таким образом, АЧХосц иллографа нормируется только до частоты среза, а что происходит с ней на более высоких частотах — не всегдауказывается производителем.Рисунок 2.2 – Идеальная АЧХ осц иллографаОднако современному разработчику большей частью приходится иметь дело со слож ными сигналами, поэ тому выборосц иллографа только по заявленной полосе пропускания ни в коей мере не мож ет дать гарантию, что он получитправильное отображ ение таких сигналов.Обратимся к теории.
Согласно основам спектрального анализа любой сигнал мож ет быть представлен в виде суммыгармонических составляющ их. На рисунке 2.3 приведена иллюстрац ия к Фурье-разлож ению прямоугольного импульса по 3нечетным гармоникам. Очевидно, что для правильного воспроизведения сигнала необходимо иметь как мож но большесоставляющ их. Количество гармоник со значимыми амплитудами не ограничивается полосой пропускания прибора, анапрямую зависит от того, как себя ведет его АЧХ за пределами частоты среза. Т.е. осц иллограф с полосой пропускания NМГц и с наклоном АЧХ –20 дБ/дек. будет воспроизводить сигнал лучше, чем прибор с той ж е полосой пропускания, но снаклоном АЧХ –40 дБ/дек. При э том первый осц иллограф, очевидно, будет иметь лучшие динамические характеристики. Втаком случае полоса пропускания говорит только о том, что амплитуда синусоидального сигнала с частотой,соответствующ ей верхней частоте полосы пропускания, уменьшится на 29,3%.
Насколько уменьшится амплитуда частот запределом э той полосы – не документируется.Рисунок 2.3 – Разлож ение прямоугольного импульса по трем гармоникамПроведем э ксперимент – рассмотрим сигнал типа меандр с частотой следования 10 МГц на ц ифровых осц иллографахфирмы GW Instek моделей GS-2062 и GS-2202 (заявленная полоса пропускания – 60 и 200 МГц соответственно), а так ж епри включенном ограничителе полосы пропускания в 20 МГц . В роли генератора сигнала выступает Г5-60 (минимальныйпериод повторения импульсов - 0,1 мкс; погрешность установки периода повторения равна ± 1×10-6 Т, где Т –установленный период повторения).
Схему для исследования подключим согласно рисунку 2.4. Проходная нагрузканеобходима для согласования низкоомного выхода генератора (50 Ом) и высокоомного входа осц иллографа (1МОм).Рисунок 2.4 – Схема исследования меандра на осц иллографеИз рисунка 2.5 видно, что форма сигнала меж ду полосами в 200 и 60 МГц почти не исказилась, а вот в третьем случаеискаж ение формы сильно заметно – третью и пятую гармоники сигнала подавила полоса пропускания. Таким образом,мож но вывести правило “пяти” – следует использовать осц иллограф с полосой пропускания минимум в пять разпревышающ ую частоту следования исследуемого сигнала - особенно э то правило показательно для сигналов типамеандр, пилы и треугольник, чьи формы во многом определяются первыми пятью гармониками их спектрального состава.Рисунок 2.5 – Меандр частотой 10 МГц на э кране осц иллографа с полосой пропускания: а) 200 МГц , б) 60 МГц , в) 20 МГцПроверим полосы пропускания данных осц иллографов.
Для э того соберем схему на рисунке 2.6 и, настраивая частоты сшагом в 10 МГц , зафиксируем их амплитуды. Результаты указаны в таблиц ах 2.1, 2.2 и 2.3.Рисунок 2.6 – Схема исследования полосы пропускания осц иллографаТаблиц а 2.1 - Результаты измерений для 200 МГцf, МГц1102030405060708090A, В33,062,942,842,9832,982,963,12,84f, МГц100110120130140150160170180190A, В2,862,842,82,922,962,82,682,782,82,52f, МГц200210220230240250260270280290A, В2,22,142,181,981,71,581,541,41,181,06f, МГц300310320330340350360370380390A, В1,081,10,980,820,780,840,840,720,60,54f, МГц400A, В0,56Таблиц а 2.2 - Результаты измерений для 60 МГцf, МГц1102030405060708090A, В33,022,92,742,72,62,442,32,282,22f, МГц100110120130140150160170180190A, В2,11,941,841,81,71,541,41,341,281,04f, МГц200210220230240250A, В0,860,80,760,660,520,42Таблиц а 2.3 - Результаты измерений для 20 МГцf, МГц151015202530354045A, В32,942,722,482,242,061,921,861,81,76f, МГц50556065707580859095A, В1,741,71,661,621,641,641,661,61,651,66f, МГц100105110115120130140150160170A, В1,621,621,61,621,641,721,761,681,641,7f, МГц180190200A, В1,761,61,46Рассчитаем ослабление на границ е полосы пропускания по формуле (2.1) для всех трех случаев:НПП=20log10АгрАоп ,(2.1)где Агр – амплитуда граничной частоты (1 МГц );Аоп– амплитуда опорной частоты.H200=20log102,23=-2,69397 дБH60=20log102,443-1,79463 дБH20=20log102,243=-2,53746 дБПотери амплитуд в таком случае составляют:A200=3-2,23*100%=26,7%A60=3-2,443*100%=18,7%A20=3-2,243*100%=25,3%Как видно из расчетов, технические характеристики гарантированные производителем подтверж даются (Прилож ение А).Однако для измерения частот выше 100 МГц с погрешностью до 5% по амплитуде следует использовать осц иллограф сполосой пропускания большей, чем 200 МГц .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
