Осциллографы для ПК и USB представляют собой высокопроизводительные измерительные приборы в небольшом пространстве и по сравнительно низкой цене за счет использования пользовательского интерфейса и некоторой компьютерной обработки.
Осциллографы на базе ПК, включая USB-осциллографы, стали очень популярным способом предоставления высокопроизводительных осциллографов по низкой цене и в небольшом корпусе. Во многих случаях компьютер будет доступен в среде, где должно быть протестировано электронное оборудование, и, следовательно, использование вычислительной мощности, экрана и источника питания ПК или другого компьютера имеет смысл, экономя на стоимости и пространстве.
Ввиду спроса на USB-осциллографы доступно большое разнообразие, предлагающее полный спектр возможностей от USB-осциллографов начального уровня до стробоскопических осциллографов с полосой пропускания, простирающейся до гигагерцового диапазона. Эти тестовые приборы позволяют добиться значительной экономии средств без ущерба для производительности, зависящей от выбранного USB-приложения.
Выбор USB для прицелов ПК
Использование универсальной последовательной шины USB для подключения осциллографа к ПК имеет абсолютный смысл, хотя это не единственный метод. Для осциллографов, использующих персональные компьютеры, ПК, можно использовать различные способы связи с ПК. Однако в последние годы USB стал стандартом практически для всех компьютеров, и в результате не требуется использование дополнительной карты, такой как карта Firewire и т. д., для использования одного из этих тестовых инструментов.
Использование USB означает, что прицел можно использовать с вычислительной мощностью ПК практически на любом ПК. Другим преимуществом является то, что конструкция цифрового USB-прицела позволяет получить преимущества и сэкономить количество. Для различных интерфейсов требуется меньше вариантов, поэтому можно сосредоточиться на оптимизации конструкции измерительного прибора для USB.
Также интересно отметить, что многие цифровые осциллографы в штучной упаковке используют точно такой же подход и имеют одни и те же основные блоки схемы, единственное реальное отличие состоит в том, что осциллограф USB использует внешний ПК или другой компьютер для управления и отображения.
Основы USB-прицела ПК
Одним из ключевых элементов осциллографа для ПК является USB-соединение. Это обеспечивает удобный и достаточно высокоскоростной канал передачи данных, по которому USB-прицел может обмениваться данными с компьютером.
Хотя испытательное оборудование от разных производителей и оборудование, находящееся в разных позициях в диапазонах от производителей, будет различаться, есть некоторые общие аспекты этих областей применения, которые можно выделить. Существует два основных подхода, которые используются для USB-осциллографов: один обеспечивает гораздо более дешевый, но менее производительный диапазон, а другой обеспечивает гораздо более удовлетворительное решение.
1) Простой USB-прицел на базе микропроцессора
Эта форма USB-осциллографа использует встроенный микропроцессор для управления и проведения измерений, но в этом простом формате есть некоторые серьезные ограничения. С точки зрения его работы входящий сигнал поступает в осциллограф и подвергается аналоговой обработке: затухание; усиление; согласование импеданса по мере необходимости. Затем он передается в аналого-цифровой преобразователь, АЦП, и данные передаются в микропроцессор.
Ввиду архитектуры процессора обычно процессор организует данные таким образом, чтобы их можно было отправить на компьютер для большей части обработки. Это означает, что большое количество данных необходимо передать на компьютер по каналу USB, и это может оказаться узким местом. Одна из основных проблем заключается в том, что невозможно гарантировать запуск триггера, поэтому можно пропустить важное событие на сигнале. Это может привести к тому, что будет потрачено много времени на отслеживание проблемы с электронным сигналом, потому что он не виден осциллографом.
2) USB-прицел на базе FPGA
Чтобы значительно улучшить производительность USB-осциллографов, используются FPGA или иногда CPLD. Это позволяет выполнять гораздо больше обработки в самом USB-прицеле, а также за гораздо более короткое время. Эти устройства можно настроить для выполнения именно тех задач, которые требуются, и поэтому они могут обрабатывать данные намного быстрее и могут обрабатывать гораздо больше данных, чтобы обеспечить получение наилучших отображений осциллограмм. Одной из важных областей, где это можно испытать, является запуск, где гораздо более быстрая работа означает, что прицел может запускаться правильно, даже при полной частоте прицела.
При использовании осциллографов USB на базе FPGA данные обрабатываются параллельно, данные сохраняются в самом осциллографе USB, а ПК в основном используется для отображения сигналов и управления ими. Осциллограф USB обрабатывает захваченные данные, а затем передает осциллограмму для отображения на ПК или другой компьютер, используя формат без потерь по каналу USB. Таким образом, USB-соединение не создает узких мест, а осциллограф, предназначенный для обработки захваченных данных формы сигнала, позволяет достичь этого наиболее эффективным образом.
Данные проходят через аналоговое преобразование, так что могут быть обеспечены любое согласование затухания, усиления, импеданса и т. д. Полученный сигнал затем передается на аналого-цифровой преобразователь. 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 осциллографы, как USB, так и коробочные, предлагают логический анализ или цифровые каналы. 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. Поскольку на ПК передаются только обработанные данные, узких мест на USB или другом интерфейсе нет, и это означает, что производительность не ограничивается производительностью интерфейса USB. Он также передается в формате без потерь, чтобы гарантировать видимость всех импульсов/переходных процессов. В некоторых осциллографах могут отправляться прореженные данные, что может привести к несовершенствам отображаемой формы волны, что может привести к пропуску переходных процессов.
Преимущества / недостатки прицела USB для ПК
Есть много преимуществ и недостатков использования USB-осциллографа на базе ПК. Они должны быть сбалансированы при принятии решения об использовании или покупке одного из этих тестовых инструментов.
Преимущества прицела на базе USB / ПК
- Экономичность: одно из больших преимуществ использования USB-осциллографа заключается в том, что это очень экономичный способ покупки осциллографа. Общее испытательное оборудование использует многие аспекты компьютера, которые, вероятно, уже доступны. Блок питания, дисплей и вычислительная мощность доступны на ПК, а это означает, что их не нужно копировать в рамках USB.
- Простота настройки и использования: использование интерфейса USB означает, что соединение ПК и осциллографа очень просто. Это хорошо проверенный и проверенный интерфейс, который прост в настройке. Обычно программное обеспечение, используемое с прицелом, также разработано таким образом, чтобы его было очень легко внедрить.
- Большой экран: большинство ПК, будь то ноутбук или настольный компьютер, имеют экран хорошего размера, что позволяет легко просматривать изображения осциллограмм.
- Использует существующее оборудование: USB-осциллографы используют ПК, которые, вероятно, уже доступны. Это означает, что покупать новый специально для этой роли вряд ли придется.
- Портативность: USB-осциллографы намного меньше специализированных осциллографов. Для обслуживания в полевых условиях многие инженеры уже носят с собой ноутбуки, поэтому тот факт, что осциллограф USB намного меньше, чем специальный осциллограф, дает реальное преимущество.
- Производительность. Производительность осциллографов на базе ПК постоянно улучшается. Например, высококлассные USB-осциллографы могут сравниться по производительности с автономными единицами доступного тестового оборудования. В зависимости от выбранной модели, эти USB-прицелы могут соответствовать лучшим стандартным прицелам и обходятся гораздо дешевле.
Недостатки прицела на базе USB/ПК
- Требуется ПК: Тот факт, что для USB-прицела требуется ПК, может быть преимуществом в некоторых случаях, но в других случаях это может быть недостатком, если он еще не доступен.
- Производители прицелов нижнего уровня могут срезать углы: как и со всеми контрольно-измерительными приборами, вы можете получить то, за что платите. Некоторые недорогие USB-прицелы менее известных производителей могут экономить, чтобы снизить затраты, и могут возникнуть проблемы с производительностью. Обратитесь к известному бренду, и производительность будет обеспечена.
Ключевые моменты, которые следует учитывать при выборе USB-осциллографа
На рынке представлено очень много USB-осциллографов, некоторые из которых намного лучше других. Соответственно, при выборе USB-прицела необходимо убедиться, что сделан наилучший выбор, и ниже приведены несколько указаний, которые следует учитывать:
- Убедитесь, что триггер является цифровым: в некоторых USB-прицелах или вообще в любых цифровых прицелах запуск может быть получен непосредственно из аналогового сигнала, тогда как в других он берется из цифровых данных, хранящихся в осциллографе. Если в прицел встроен полностью цифровой триггер, это позволяет достичь гораздо более высокого уровня точности и гибкости. Ложные срабатывания, шум и другие проблемы можно свести к минимуму с помощью цифровых триггеров, а запуск можно настроить на середину сигнала и т. д., чтобы можно было увидеть сигнал до и после точки запуска.
- Убедитесь, что выбран USB-осциллограф на базе FPGA: USB-осциллографы, основанные на технологии FPGA, способны обеспечить гораздо более высокий уровень производительности. Микропроцессорные часто рекламируют частоты дискретизации 48 МГц, 96 МГц или дольные, и они обычно имеют ограниченную полосу пропускания.
- Разрешение: Одной из ключевых характеристик цифровых прицелов является разрешение, которое можно получить. Некоторые недорогие прицелы могут предлагать только восьми- или десятибитное разрешение. При отображении сигналов на экране компьютера с использованием осциллографов с более низким разрешением можно обнаружить отсутствие деталей. Иногда сигналы могут казаться зубчатыми, поскольку видны отдельные биты. Также возможна потеря деталей, особенно при просмотре небольшого напряжения в присутствии гораздо большего. Некоторые области предлагают гораздо более высокие уровни разрешения, и они могут обеспечить гораздо большую детализацию.
- Полоса пропускания: при просмотре сигналов необходимо убедиться, что полоса пропускания осциллографа достаточно широка для захвата сигнала и любых гармоник, которые он может содержать. Часто используется эмпирическое правило, называемое правилом пяти времен. При этом полоса пропускания осциллографа должна в пять раз превышать самую высокую частотную составляющую сигнала. При использовании этого правила погрешность из-за ограничения по частоте будет меньше ±2%.
- Глубина памяти: при выборе осциллографа USB убедитесь, что у него достаточно памяти для захвата и сохранения необходимых осциллограмм. Чем больше объем памяти, тем больше сигнала можно захватить при максимальной частоте дискретизации.
- При частоте дискретизации 1 Мвыб. на канал осциллограф может регистрировать 1 мс или время с частотой дискретизации 1 Гвыб./с. Таким образом, должно быть достаточно памяти для захвата этого объема данных. Это дает представление о том, что может понадобиться.
- Возможности генератора функций / генератора сигналов произвольной формы. Используя возможности FPGA, можно легко включить генератор функций, который может создавать различные формы сигналов. Осциллографы Sime имеют полную возможность генерации сигналов произвольной формы, поэтому можно генерировать или загружать сигналы любой требуемой формы.
- Учитывайте тип ПК: большинство USB-прицелов смогут работать с ПК на базе Windows, однако некоторые могут захотеть использовать прицел либо с Apple Mac с iOS, либо с Linux. Убедитесь, что объем USB подходит для используемой операционной системы.
Есть много преимуществ использования осциллографа на базе ПК или USB, но их необходимо тщательно рассмотреть, прежде чем сделать окончательный выбор.