Мир радиоэлектроники все больше и больше проникает в нашу повседневную жизнь. Теперь очень сложно представить, что мы обходились без многих достижений современных технологий, о которых 5-6 лет назад никто не слышал. Возьмите хотя бы мобильную связь, цифровое телевидение, бортовые системы автомобилей, "умную" бытовую технику, Интернет и многое, многое другое. Степень интеграции современных микросхем, растет все ускоряющимися темпами, и легко позволяют объединить в одном устройстве обработку данных, аудио и видеоинформации, а также работу в сетях. Бурное развитие и повсеместное использование сетевых технологий требует передачи все возрастающих объемов информации.
В результате, полосы рабочих частот и тактовые частоты современных электронных устройств перемещаются в область гигагерц, а новые шины и сетевые архитектуры приспосабливаются к последовательным высокоскоростным потокам данных. Чтобы эффективно передавать данные по существующим линиям связи, разрабатываются методы сжатия информации. Как следствие этого для проектировщиков стали привычными весьма сложные формы сигналов и существенно возросли требования к контрольно-измерительной аппаратуре, используемой на этапах проектирования и отладки систем.
Я хорошо помню свои проблемы с осциллографом на запоминающей ЭЛТ, когда пытался зафиксировать переходной процесс в быстродействующем электроприводе для своего дипломного проекта. А также, как электронщики нашего отдела потратили месяц на то, чтобы определить, что закупленная партия портов К580ВВ55 бракованная- и в режиме программирования часть "строба" попадает на выход порта и полностью "ломает" одну из первых одноплатных ПЭВМ, хотя по сегодняшним меркам задача смешная. Ну не видно было этого импульса на экране аналогового осциллографа- и все тут. Причем нельзя сказать, что парк измерительных приборов, которые мы использовали, был устаревшим. Нет! Это были вполне современные для того времени осциллографы, генераторы и т.д. Именно в это время мы сталь понимать, что возможностей традиционных осциллографов уже не хватает.
Первым цифровым запоминающим осциллографом (ЦЗО) попавшим нам в руки был "Tektronix THS720Р". Тогда слово "Tektronix" было для нас чем-то волшебным- осциллограф был маленьким, легким, с батарейным питанием, с полосой пропускания аж 100МГц и гальванически развязанными входами! Это был шок. Этот прибор делал все, что мы могли себе представить и даже больше. Однако скоро мы убедились в том, что все не так хорошо.
Раздражал инерционный экран, на котором зачастую мы не могли видеть того, к чему привыкли. По непонятным для нас причинам мы не видели многого, что нам легко показывал аналоговый осциллограф и мы пришли к выводу, что цифровой осциллограф хорош для импульсных сигналов, а аналоговый- для аналоговых. Теперь я понимаю, что в то время мы были в большой степени правы.
С одной стороны, аналоговые осциллографы реального времени (АОРВ) теряют информацию о сигнале во время обратного хода луча. Кроме этого, градации яркости картинки на экране АОРВ позволяют судить о частоте возникновения тех или иных событий, а так же легко отображать сложные, например модулированные сигналы. То есть картинка на экране АОРВ обновляется очень часто и сигнал отображается в трех измерениях- времени, амплитуде и распределении амплитуды по времени.
С другой стороны, ЦЗО не могут точно воспроизводить динамические, сложные сигналы, пропускают значительную часть информации и отображают ее с запаздыванием. Кроме того, двумерное представление информации не позволяет определить частоту возникновения событий. То есть ЦЗО не могут показывать градуированное по яркости изображение. Это проблема частично решается за счет пост-обработки данных, типа "persistence", но она требует сбора информации в течение некоторого периода времени, что исключает мгновенную реакцию на изменения сигнала.
Кроме этого, пост-обработка приводит к потере апериодических составляющих сигнала и делает невозможным исследование динамики его поведения. А именно эта информация и представляет, часто, основной интерес для проектировщиков. Эти недостатки вытекают из недостатков последовательной (однопроцессорной) архитектуры ЦЗО. На рис.1 приведена упрощенная блок-схема типичного ЦЗО.
Рис. 1
Поскольку процесс получения изображения в ЦЗО идет последовательно, то, очевидно, что до завершения построения изображения на экране прибора АЦП не воспринимает входную информацию и любые изменения сигнала в это время теряются. Таким образом, проблема улучшения потребительских свойств ЦЗО разбивается на две проблемы- улучшение системы отображения прибора или проблема получения на экране осциллографа градуированного по яркости изображения, и уменьшение потерь информации о сигнале или уменьшение времени "слепоты".
Одним из частичных решений второй проблемы стала разработка компанией Agilent Technologies (HP) технологии "MegaZoom". Действительно, если значительно расширить память ЦЗО и соответственно увеличить время непрерывного накопления информации о сигнале, то шансы обнаружить периодические и апериодические составляющие сигнала существенно увеличиваются. При этом анализ накопленной информации проводится в режиме off-line.
Однако объем памяти имеет физические ограничения и не может быть бесконечным, поэтому возникает необходимость использовать возможности системы запуска, а это подразумевает наличие информации о возможных артефактах, их форме, длительности и т.д. Примерно такова же идеология технологии "eXtreme" компании LeCroy, которая, предложила специальную организацию измерительной памяти ЦЗО, что позволило увеличить скорость ее работы.
Компания Tektronix пошла другим путем. Проблему потери информации о сигнале или уменьшения времени "слепоты" осциллографа была призвана решить технология "InstaVu™". Основной идеей этой технологии стало увеличение скорости захвата входного сигнала или уменьшение интервала времени между соседними запусками. Это достигается за счет применения параллельной (многопроцессорной) архитектуры.
При этом один процессор, подключенный к многомерной памяти для отсчетов, управлял только сбором информации, другой же- видеосистемой. Этот шаг позволил довести скорость захвата сигнала (частоту запуска) осциллографа до примерно 100.000 в секунду против нескольких тысяч (обычно, 2000…3000) у однопроцессорного ЦЗО. Рис.2 иллюстрирует влияние скорости захвата сигнала на потери информации.
Рис. 2
Однако первая проблема - отображения сигнала решалась гораздо хуже. В той или иной степени достижения в этой области сводились к улучшению в той или иной мере пост-обработки. В 1998году Tektronix анонсировал новую технологию, получившую наименование DPX. DPX включала в себя две основные части- технологию сбора информации аналогичную "InstaVu™" и новую технологию отображения DPO (Digital Phosphor Oscilloscope).
Рис. 3
Применение последней позволило получить на экране цифрового осциллографа в реальном времени картинку очень похожую на картинку на экране АОРВ за счет цифровой эмуляции работы люминофора ЭЛТ. Причем следует заметить, что изображение формируется именно в реальном времени, а не за счет накопления информации и ее пост-обработки. Упрощенная блок-схема осциллографа DPO приведена на рис.3, а DPX- на рис.4.
Рис. 4
Теперь покажем, что же именно дает технология DPX потребителю. Сначала проиллюстрируем (см. рис. 5) качество отображения обычного видео сигнала АОРВ, ЦЗО и осциллографом DPO.
Рис. 5
Далее покажем, что дает высокая скорость захвата входных сигналов. На входы осциллографов DPX (слева) и ЦЗО (справа) подается один и тот же сигнал, содержащий помехи. Снимок с экрана сделан, через 60 секунд после начала эксперимента (см. рис.6).
При этом параметры помех считаются неизвестными, и система синхронизации настроена на запуск по переднему фронту. Единственное, чем отличается настройка приборов- это тем, что система отображения DPO установлена в режим "бесконечного послесвечения". Результат- налицо. На левом рисунке помеха выделена красным цветом.
Рис. 6
Таким образом, резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что технология DPX и ее составляющая часть DPO- не просто очередное улучшение традиционных осциллографов. Это новое направление в их развитии. Уникальные возможности DPХ уже завоевали популярность проектировщиков.
Реализуя возможности этой технологии компания Tektronix в настоящее время целый ряд моделей 2-х и 4-х канальных осциллографов с полосой пропускания до 7ГГц. Все модели осциллографов имеют популярный пользовательский интерфейс, используемый в ЦЗО, и соответствующую переднюю панель, что облегчает переход с ЦЗО на DPO. Кроме того, цены на DPO сравнимы с ценами на ЦЗО, а это делает выбор осциллографа, отвечающего самым жестким требованиям проектировщика, очевидным.
Благодарим компанию "Мастер-тул" за предоставленные материалы.
Ремонт и Сервис
РС8-2003
