Цифровой осциллограф является основным типом осциллографов, используемых в наши дни. Используя цифровую технологию, он может обеспечить гораздо более высокий уровень возможностей, чем аналоговые прицелы.
Используя преимущества цифровой технологии, цифровые осциллографы способны обеспечить очень высокий уровень производительности. Уровни точности выше, дисплеи четкие, и использование цифровых прицелов дает ряд преимуществ. Сегодняшние цифровые прицелы могут предоставить множество возможностей, включая хранение, которые были недоступны для всех, кроме аналоговых прицелов очень высокого класса. Из-за возможности хранения многие цифровые осциллографы также могут называться цифровыми запоминающими осциллографами, DSO. Цифровые осциллографы практически полностью заменили своих аналоговых собратьев. Сейчас сложно купить новые аналоговые прицелы — сегодня доступны только цифровые. К счастью, цифровые осциллографы начального уровня можно приобрести по очень разумным ценам, а на рынке производительности уровни, которые могут быть достигнуты, чрезвычайно высоки.
Технология цифрового осциллографа
Основной концепцией цифровых осциллографов/DSO является преобразование входящего аналогового сигнала в цифровой формат, где его можно обрабатывать с использованием методов цифровой обработки сигналов. Сигналы могут поступать в осциллограф как аналоговые сигналы, но они преобразуются в цифровой формат, и это позволяет использовать мощные методы обработки сигналов, которые доступны для обеспечения гораздо более высоких уровней функциональности, и это позволяет лучше понять сигналы, которые можно контролировать.
Выборки из АЦП сохраняются в памяти и называются точками формы волны, и вместе эти точки составляют общую запись формы волны. Количество точек сигнала в записи называется длиной сигнала. Время и скорость, с которой берутся образцы, определяются системными часами. Частота отбора проб часто определяется как часть спецификации области. Это измеряется в выборках в секунду и часто указывается в мегавыборках в секунду MSa/s, или в наши дни GSa/s для Giga выборок в секунду.
Кроме того, важна разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя. Чем выше количество битов от АЦП, тем выше точность выборки сигнала. Как правило, осциллографы с очень низким разрешением могут иметь только 8-битный АЦП, и это может привести к тому, что шаги будут видны, а не отображаемая форма сигнала, поскольку уровень сигнала смещается вверх или вниз на один бит. Осциллографы обычно имеют большее разрешение с осциллографами, имеющими уровни разрешения АЦП 10, 12 и даже до 16 бит. Чем выше разрешение, тем больше деталей можно увидеть, особенно при увеличении осциллографа вертикальной части сигнала.
Хотя микропроцессоры могут использоваться для формирования основы обработки сигналов в цифровом осциллографе, более нормально использовать FPGS или иногда CPLD. Эти чипы могут быть запрограммированы для выполнения именно тех форм манипуляций, которые требуются, и часто параллельным образом. Это позволяет достичь гораздо более высоких уровней производительности.
Когда сигналы поступают на цифровой осциллограф, они проходят этап аналоговой обработки. Это обеспечивает такие функции, как затухание, усиление, связь по постоянному и переменному току, согласование импеданса и т. д. Полученный сигнал затем передается на аналого-цифровой преобразователь, АЦП. АЦП может иметь одно или несколько ядер. Если у него несколько ядер, то данные обычно передаются параллельно на ПЛИС и в память. Данные, хранящиеся таким образом, можно обрабатывать различными способами, вызывая данные из памяти по мере необходимости.
Многие цифровые осциллографы предлагают возможность логического анализа и включают несколько цифровых входных каналов. Они не требуют такой же аналоговой обработки и могут быть переданы непосредственно в ПЛИС, очевидно, через схему защиты. Осциллографы с такой возможностью обычно называются MSO или осциллографами смешанных сигналов.После обработки формы сигнала отображаемое изображение может быть передано через интерфейс USB на ПК.
Аналоговый и цифровой запуск
Для запуска осциллографа можно использовать аналоговый сигнал или использовать цифровые методы. Используя цифровые методы, можно получить гораздо лучшие результаты запуска. По существу, форма волны хранится в памяти, триггер можно настроить для запуска в любой точке на форме волны — точка триггера может находиться даже в центре экрана, что позволяет просматривать форму волны до и после точки триггера. Еще одно преимущество заключается в том, что аналоговый запуск имеет определенный гистерезис внутри системы. Это необходимо включить, чтобы гарантировать, что сигнал запускается в правильной точке. Используя цифровые методы, можно получить гораздо более точный запуск, что позволит отображать более четкое изображение даже в присутствии шума. Кроме того, триггер может срабатывать множеством других способов, даже для сигнала определенной последовательности и т. д. В целом, цифровой запуск обеспечивает гораздо более высокий уровень производительности и гораздо большую степень гибкости.
Преимущества цифровых осциллографов
Цифровые осциллографы обладают рядом преимуществ по сравнению со своими аналоговыми предшественниками. Используя мощь современных технологий цифровой обработки, производительность может быть значительно улучшена.
- Возможности хранения: поскольку сигналы хранятся в памяти, чтобы их можно было обрабатывать, современные цифровые осциллографы по самой своей природе также являются накопителями, что позволяет захватывать и отображать даже переходные сигналы по мере необходимости.
- Точность: при использовании цифровых технологий точность цифровых осциллографов намного выше, чем это можно было бы достичь с помощью аналоговых осциллографов. Часто цифровые маркеры могут быть размещены на осциллограмме для измерения точного напряжения в определенной точке.
- Гибкость и функциональность: Используя цифровые методы, можно программировать очень высокий уровень функциональности в цифровом осциллографе.
Современные цифровые осциллографы обеспечивают высокий уровень производительности, и, поскольку стоимость их производства падает, многие цифровые осциллографы доступны по очень разумным ценам. Стоимость — не единственный фактор, так как характеристики цифровых осциллографов с годами улучшились, а цифровые осциллографы высшего класса обеспечивают фантастический уровень производительности, особенно по сравнению с аналоговыми осциллографами многолетней давности.