Цифровой осциллограф смешанных сигналов с цифровым анализатором Rigol DS1102D

Статьи

Компании, выпускающие измерительную технику, в первую очередь привлекают внимание к своим передовым разработкам, обладающим самыми достижимыми на данный момент характеристиками. Обычно такая техника имеет большую цену и на первых порах рассчитана на узкий круг потребителей. Несмотря на распространённые сейчас высокоскоростные электронные схемы, работающие на гигагерцах, большинству пользователей цифровыми осциллографами вполне достаточно полосы пропускания 100 МГц. В ближайшем будущем такое оборудование будет составлять основу ремонтных парков, и актуальность его продержится еще не один год.

За короткое время в группу мировых лидеров по производству цифровых осциллографов пробилась китайская компания RIGOL. Успехи её разработок и качество продукции впечатляют. А ещё больше в товарах этой компании привлекает цена. Ни в чём не уступая мировым грандам, таким как Agilent Technologies и Tektronix, компания RIGOL поражает своей ценовой политикой.

В апреле 2006 г. компания RIGOL анонсировала выпуск новой серии цифровых осциллографов DS1000. Целью компании при производстве этой модели было создание цифровых осциллографов начального уровня, максимально отвечающих запросам пользователя и при этом имеющих доступную цену. Кроме этого, компания RIGOL предлагает вариант цифрового осциллографа со встроенным 16-канальным логическим анализатором.

О цифровых осциллографах сказано уже немало. Принципы работы, основные характеристики, сферы применения цифровых осциллографов — обо всем этом можно почитать на сайте oscillograf.com.ua. В этом обзоре мы хотим подробнее познакомиться с двухканальным цифровым осциллографом смешанных сигналов с цифровым анализатором RIGOL DS1102D.

Двухканальные цифровые осциллографы позволяют проверить фазу сигнала, взятого в качестве опорного, по отношению к другому сигналу. Работа в режиме вертикального и горизонтального отклонения позволяет визуализировать электрические процессы. Следует также обратить внимание на возможность синхронизации исследуемого сигнала по частоте строки или развёртки.

Цифровой осциллограф смешанных сигналов с цифровым анализатором RIGOL DS1102D предназначен для выполнения некоторых более специфических измерений. Чтобы получить результаты, представляющие интерес, его полоса пропускания составляет 100МГц. Цифровой осциллограф RIGOL DS1102D позволяет выявить непериодические или случайные явления, выполняет автоматические измерения, математические действия с сигналами и много других функций. Следует отметить, что цифровой осциллограф RIGOL DS1102D можно подключить к принтеру или компьютеру для сохранения некоторых результатов измерений.

Технические характеристики цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Полоса пропускания 100МГц
Частота дискретизации в реальном времени 1Г выборка/с
Эквивалентная частота дискретизации 25Г выборок/с
Время нарастания 3,5нс
Входной импеданс 1МО±2%
Время горизонтальной развертки 1нс/дел до 50с/дел
Дисплей 5.6″ TFT (64k, цветной LCD), 320×234
Каналы 2 канала + внешний запуск
Объем памяти 1 Mб
Чувствительность по вертикали 2мВ/дел — 10В/дел
Разрешение по вертикали 8 бит
Режим входа А1 и А2 DC, AC, земля
Режимы запуска По фронту, видео, по длине импульса, задержка, внешняя синхронизация
Режимы запуска — развертки Авто, нормальный, однократный
Погрешность измерения временных интервалов ±0.01%
Максимальное входное напряжение 400В DC, AC пик, (1МОм входной импеданс 10Х), 5В (Вскз, 50W входной импеданс, BNC )
Математические функции Сложение, вычитание, умножение, быстрое преобразование Фурье (БПФ)
Автоматические измерения B пп, Вамп, Вмакс, Вмин, Вверх, Внижн, В avg , Brms , отриц. выброс,
положит. выброс, частота, период,
время нарастания, время спада,
позитивная длительность, негативная длительность, положит. коэффициент заполнения,отрицат. коэффициент заполнения, задержка…
Курсорные измерения Режимы: ручной, слежения и автоматических измерений
Хранение произведенных измерений 10 осциллограмм и предварительных настроек
Напряжение-питание / потребляемая мощность 100-240В, 40 — 440Гц. САТ II. / 50Вт Макс.
Вес 2,4 кг

Параметры цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Частота дискретизации цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Очень ценным достоинством цифрового осциллографа RIGOL DS1102D является хороший баланс между частотой дискретизации и полосой пропускания входного тракта. При частоте дискретизации равной 400 Мвыб./с полоса пропускания составляет 100 МГц. В лучшем случае эти параметры должны отличаться минимум в два раза, и чем больше разница, тем лучше. Не все производители бюджетных цифровых осциллографов обеспечивают выполнение этого важного требования. Если пренебречь этим условием, то появятся ошибки в отображении сигнала после его интерполяции, так как на вход АЦП будут попадать более высокочастотные сигналы.

Память цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Важным параметром цифрового осциллографа является глубина его буфера памяти. Для двухканального цифрового осциллографа RIGOL DS1102D глубина памяти UltraZoom составляет 1 мегаслово на один канал. При работе двух каналов она равномерно распределяется между ними, обеспечивая весьма комфортную работу и возможность подробно исследовать сложные сигналы. Глубина памяти цифрового осциллографа RIGOL DS1102D не влияет на скорость его работы.

Поиск вырожденных сигналов

Бюджетные цифровые осциллографы, хотя и пользуются преимуществом перед аналоговыми, еще не в состоянии полностью их заменить. Часто они не справляются с отображением сигналов сложной формы, таких как видеосигналы. У большинства недорогих цифровых осциллографов яркость точки отображаемой осциллограммы не зависит от вероятности нахождения сигнала в этой точке, поэтому они не подходят для поиска вырожденных сигналов. Компания RIGOL устранила этот недостаток в цифровых осциллографах серии DS1000. Для достижения оптимального отображения сигнала в цифровом осциллографе RIGOL DS1102D можно регулировать дополнительно яркость луча.

Регулируемый уровень синхронизации

Регулируемый уровень синхронизации позволяет ограничить влияние шумов на стабильность развертки. В цифровом осциллографе RIGOL DS1102D пороговая чувствительность синхронизации задается пользователем в диапазоне от 0,1 деления до1,0 деления шкалы. Благодаря попеременному режиму развертки цифровой осциллограф RIGOL DS1102D позволяет наблюдать на экране одновременно два несинхронизированных сигнала.

USB-интерфейс цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Двухканальный цифровой осциллограф RIGOL DS1102D обладает развитым USB-интерфейсом, который обеспечивает пользователя всеми возможностями USB, необходимыми для полноценной работы:

— USB-порт на задней панели для подключения к компьютеру позволяет ему считывать данные для обработки и управлять режимами работы цифрового осциллографа

— USB-порт на передней панели позволяет подключать флеш-носители для записи осциллограмм или выводить данные на принтер.

Менеджер файлов цифрового осциллографа RIGOL DS1102D работает со стандартной файловой системой FAT или FAT32.

Оцифровка входного сигнала

Цифровой осциллограф RIGOL DS1102D оцифровывает сигналы в двух режимах (на выбор пользователя):

  • в режиме реального времени
  • в эквивалентном режиме

Встроенный в цифровой осциллограф RIGOL DS1102D Pass/Fail фильтр вместе с редактором масок позволяют легко регистрировать отклонения сигнала от заданных параметров, а оптронная гальваническая развязка Pass/Fail-выхода гарантирует высокую защиту от индустриальных помех и простоту подключения к управляющим устройствам. Цифровой осциллограф RIGOL DS1102D производит запись в память до 1000 фреймов сигнала. Эту запись можно запустить сигналом Pass/Fail, обеспечивая таким образом автоматическую регистрацию всех аномальных сигналов без вмешательства пользователя.

Режим самописца (Roll mode) помогает работать с ультранизкочастотными сигналами.

Режимы двухканального цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Управление двухканальным цифровым осциллографом RIGOL DS1102D

Кнопки и регуляторы на панели управления цифрового осциллографа RIGOL DS1102D разделены по зонам, соответственно с их назначением. Они подписаны, что помогает быстрее ориентироваться при работе с цифровым осциллографом. Активная кнопка подсвечивается. При удержании клавиши в нажатом состоянии более 3 сек на дисплей выводится подсказка о её функции на английском или китайском языках.

Аналоговые сигналы на дисплей можно выводить либо по одному, либо оба вместе. Для этих сигналов отдельно выводится информация о масштабе амплитуды и общий масштаб периода, а также время смещения момента запуска. Сигнал можно записывать в память, останавливать и рассматривать на дисплее, определять его параметры. Также можно подрегулировать картинку на экране для сохранения в память скриншота дисплея в bmp формате.

Регулировка развертки сигнала по временной оси осуществляется параллельно для двух каналов. Масштабирование величины сигнала по двум каналам можно выполнять раздельно.

Режим цифрового анализатора

Головка для логических сигналов представляет собой модуль, с одной стороны подключаемый к входу цифрового анализатора с помощью шлейфа, с другой к контрольным точкам схемы.

Щуп для контактов цифрового анализатора снабжен захватом, который появляется при нажатии. Все входы пронумерованы от 0 до 15.

16-канальный цифровой анализатор позволяет выводить на экран одновременно от 1 до 16 сигналов

Это дает возможность одновременно следить за входными и выходными сигналами электронных схем, проверять или отлаживать схемы, содержащие встроенные 8- или 16-разрядные микроконтроллеры, цифровые сигнальные процессоры, ПЛИС, АЦП, ЦАП. Для того, чтобы понять как работает незнакомое цифровое устройство, или для проверки неисправной микросхемы это очень практичная опция.

В режиме цифрового анализатора(LA) есть возможность задействовать любое количество входов. В любой момент необходимый канал можно программно отключать или подключать, а также перемещать на дисплее один относительно другого.



В меню цифрового анализатора заложены четыре типа логики (TTL, CMOS, ECL и выбор пользователя). В последнем режиме вручную устанавливается порог чувствительности к сигналу(8В макс.).

С цифровым осциллографом RIGOL DS1102D поставляется программа Ultrascoupe. С её помощью на монитор компьютера можно выводить картинку с осциллографа и параметры сигналов. По сути это те же опции, что есть и в самом осциллографе, только для сохранения на компьютер гораздо удобнее пользоваться программой.

Как видно панель управления на экране такая же, как и в самом осциллографе. После установки соединения с осциллографом управлять им можно будет только с компьютера.

Режим аналоговых измерений

Измерительные щупы цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Все кабели должны иметь идеальную изоляцию, а их измерительные зажимы — безупречное состояние. Двухканальный цифровой осциллограф RIGOL DS1102D снабжен двумя щупами с делительной головкой 10:1. Для неискаженного воспроизведения наблюдаемых процессов в цифровом осциллографе RIGOL DS1102D применяются измерительные щупы, имеющие полосу пропускания не менее 100МГц.

Измерительные щупы должны быть согласованы с входом цифрового осциллографа. Двухканальный цифровой осциллограф RIGOL DS1102D снабжен генератором калиброванных прямоугольных сигналов частотой 1 КГц и значением 3 В. Подключив измерительный щуп к выходу генератора, регулируют чувствительность осциллографа таким образом, чтобы иметь возможность правильно измерить амплитуду сигнала генератора. Наблюдение за фронтами и уровнями напряжения прямоугольного сигнала, выведенными на экран, позволяет проверить частотную характеристику измерительного щупа.
При возникновении сомнений в правильности работы щупа эта простая манипуляция позволяет также проверить, не порван ли измерительный щуп: в этом случае прямоугольный сигнал встроенного в осциллограф генератора больше не появляется на экране.

При необходимости нужно добиться наиболее правильного изображения меандра на экране цифрового осциллографа, вращая подстроечный конденсатор пробника специальной пластмассовой отверткой или другим неметаллическим инструментом.

Проверка формы сигнала на осциллограмме

Перекомпенсация Правильная компенсация Недокомпенсация

Отвертка для настройки пробника

К щупам цифрового осциллографа RIGOL DS1102D прилагаются насадки:

  • головка со щупом


  • насадка с бортиками. Ее использование удобно в местах, где есть опасность закоротить контакты

  • насадка-пружинка для прецизионных схем. Используется, когда проводом-крокодилом нельзя или неудобно держать землю. Насаживается на массу возле иглы пробника

  • запасная игла пробника

  • цветные кольца на пробники для избегания путаницы в щупах

Меню двухканального цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

Управление меню цифрового осциллографа RIGOL DS1102D осуществляется с помощью кнопок и регуляторов. Сама структура меню представляет собой пункты и подпункты. Вначале к управлению цифрового осциллографа RIGOL DS1102D нужно привыкнуть. Из-за множества опций поиск и доступ к некоторым из них на первых порах занимает немного времени.
В зоне MENU цифрового осциллографа RIGOL DS1102D находятся пункты:

  • Measure — автоматические измерения
  • Cursor — курсорные измерения
  • Acquire — регистрация
  • Display — дисплей
  • Storage — сохранения
  • Utility — сервис

Меню Measure

Меню Measure дает возможность просматривать 20 параметров автоматических измерений сигнала. Из них 10 параметров напряжения и 10 параметров времени. Каждый из них, кроме подписи, изображен графически для удобной ориентации пользователя.

Вид меню Measure

Основное окно Параметры напряжения Параметры времени

Одновременно на дисплее может находиться три параметра (строка внизу). При выборе следующего параметра он появляется внизу справа, а крайний левый пропадает. Также можно вывести все данные о сигнале, выбрав пункт меню «Показать Всё».

Меню Cursor

Меню Cursor позволяет проводить три типа слежений за сигналами:

  • ручной режим
  • режим слежения
  • автоматический режим

Результат работы функции слежения — это данные о разнице напряжения и времени сигналов.

Вид меню Cursor

Ручной режим Режим слежения Автоматический режим

Доступные параметры в ручном режиме слежения:

прирост амплитуды

прирост времени

В режиме слежения выбирается отдельно канал для курсора (А) и канал для курсора (В). В результате получаем данные о любой точке осциллограммы.

Для осуществления работы автоматического режима нужно выбрать определенный параметр из меню автоматических измерений. Например, для параметра частоты курсором будет отмечен период и определена частота сигнала.

Меню Acquire

Меню Acquire позволяет настраивать систему цифровой регистрации.

Первый параметр в этом меню — это тип сбора информации (нормальный, усреднённый и режим пикового детектора).

Второй параметр — режим выборки реального времени (Real Time) или режим эквивалентной выборки(Equ-Time).

Третий параметр — выбор памяти: объем памяти 512KБ (два канала) или 1MБ (один канал)( Long Mem), объем памяти 8KБ (два канала) или 16KБ (один канал) (Normal).

Вид меню Acquire

Меню Display

В меню Display настраивается:

  • тип построения осциллограммы (векторный или точечный)
  • очистка экрана от всех осциллограмм
  • послесвечение (след предыдущих осциллограмм не удаляется с экрана, пока послесвечение не будет выключено)
  • контрастность дисплея
  • разметка дисплея
  • яркость дисплея
  • время отображения меню на дисплее
  • нормальный режим или режим инверсии цвета дисплея

Вид меню Display

Меню Storage

Меню Storage позволяет:

  • сохранять в память файлы: формы сигнала, установки прибора, изображения сигнала (файл BMP), параметры сигнала (файл CSV)
  • считывать из памяти файлы: формы сигналов, установки прибора, начальные установки

Вид меню Storage

Типы сохраняемых и считываемых файлов Меню съемного диска

Экран сохранения и переименования файлов в меню Storage

Меню Utility

В меню Utility находятся настройки:

  • параметра ввода/вывода
  • звука
  • частотомера
  • языка меню
  • параметра Годен/Нет
  • записи
  • печати
  • установок
  • автокаллибровки
  • системной информации

Функция допусковой проверки Pass/Fail (ГОДЕН/НЕГОДЕН) является одной из расширяющих возможности специальных функций цифровых осциллографов RIGOL. При запуске этой функции цифровой осциллограф RIGOL DS1102D автоматически сравнивает входной сигнал с заранее созданной маской формы сигнала. Если форма сигнала выходит за рамки маски, то результат проверки – Fail (НЕГОДЕН), в противном случае тест пройден. В опциях можно включить звуковую сигнализацию, которая будет оповещать о выходе сигнала за рамки маски. В верхнем левом углу дисплея отображается подсчет количества проверенных форм: суммарное число, число годных и негодных. Для этой функции можно установить режим, в котором при выходе сигнала за рамки маски подсчет будет продолжаться (считается количество негодных форм) или остановится сразу же после обнаружения негодной формы сигнала.

В меню «запись» доступны три режима со своими установками:

Режим записи

  • установка источника записываемого сигнала (CH1, CH2, Pass/Fail-OUT)
  • установка количества кадров (1000 макс)
  • установка интервала регистрации сигнала (от 1 мс. до 1000 с)

Режим воспроизведения

  • установка интервала между кадрами
  • установка начального кадра
  • установка конечного кадра

Режим записи/воспроизведения из памяти

  • установка начального кадра
  • установка конечного кадра
  • выбор памяти (внутр/внешн)

Вид меню Utility

Отдельно расположены:

  • меню каналов (CH1, CH2)
  • меню математических действий (MATH)
  • меню использования опорного сигнала(REF)
  • меню триггера (TRIGGER)

Меню каналов CH1 и CH2

В меню каналов (CH1, CH2) устанавливается:

  • тип связи канала по току (постоянному, переменному, земля)
  • полоса пропускания (вкл./выкл.)
  • делитель (1х-1000х)
  • параметры цифрового фильтра (ФНЧ, ФВЧ, полосовый и эжекторный)
  • Вольт/Деление (точно/грубо)
  • инверсия сигнала

Меню Math

В меню Math предложены четыре математических действия над сигналами:

  • сложение (А+В)
  • отнимание (А-В)
  • умножение (А×В)
  • быстрое преобразование Фурье (FFT)

Несколько слов о быстром преобразовании Фурье

В основе преобразования Фурье (ПФ) лежит чрезвычайно простая, но исключительно плодотворная идея – почти любую периодическую функцию можно представить суммой отдельных гармонических составляющих (синусоид и косинусоид с различными амплитудами A, периодами Т и, следовательно, частотами ω).

Неоспоримым достоинством ПФ является его гибкость – преобразование может использоваться как для непрерывных функций времени, так и для дискретных. В последнем случае оно называется дискретным ПФ – ДПФ.

Если выполнять ДПФ входной последовательности, так сказать, впрямую – строго по исходной формуле, то потребуется много времени (особенно если количество входных отсчетов велико). Конструктивнее использовать принцип «разделяй и властвуй», лежащий в основе алгоритма БПФ. Согласно ему входная последовательность делится на группы (например, четные и нечетные отсчеты), и для каждой из них выполняется ДПФ, а затем полученные результаты объединяются. В итоге получается ДПФ входной последовательности – и существенная экономия времени. Поэтому описанный алгоритм так и назвали – быстрое преобразование Фурье.

Примеры БПФ для некоторых стандартных форм сигналов с раздельным отображением на дисплее

Синусоида

Меандр

Пилообразный

Пример БПФ для синусоидальной формы сигнала с совместным отображением на дисплее

Меню REF

Меню REF – использование опорного сигнала

Опорные осциллограммы – это сохраненные в памяти осциллограммы, которые могут быть выведены на экран. Функция использования опорного сигнала доступна после сохранения выбранной осциллограммы в энергонезависимой памяти.


Вид меню REF

Использование внутренней и внешней памяти

Меню зоны HORIZONTAL

В меню горизонтальной развертки устанавливаются такие параметры:

  • режим увеличения фрагмента (вкл/выкл)
  • выбор режима отображения на дисплее (Y-T, X-Y, Roll)

Y-T — отображение зависимости напряжения (ось Y) от времени (ось X).

X-Y — отображение зависимости значения CH2 (по оси Y) от значения CH1 (по оси X).
Этот формат полезен для изучения соотношения фаз двух сигналов.

Roll — режим “самописец”, когда осциллограмма обновляется на экране справа налево.

Меню зоны TRIGGER

Система запуска определяет момент начала регистрации данных и отображения формы сигнала цифровым осциллографом. При правильно настроенной системе запуска на экране будут четкие осциллограммы, а изображение формы сигнала будет стабильным. До момента запуска осциллограф непрерывно регистрирует и сохраняет определенное количество данных, достаточное для отображения формы сигнала слева от точки запуска. После выполнения условий запуска осциллограф продолжит регистрировать и сохранять данные для отображения формы сигнала справа от точки запуска.

Зона TRIGGER включает в себя один регулятор и три кнопки:

  • регулятор LEVEL — регулятор, который устанавливает уровень запуска, нажатие на его ручку приводит к установке нулевого уровня запуска
  • кнопка «50%» — специальная кнопка единственной функции, при нажатии которой происходит установка уровня запуска в точку середины размаха сигнала запуска по вертикали
  • кнопка «FORCE» — специальная кнопка, при нажатии которой происходит принудительный запуск, т.е. осциллограф воспринимает это действие как выполнение условий запуска. Она используется, главным образом, для настройки осциллографа при нормальном и однократном режимах запуска
  • кнопка «MENU» — кнопка вызова на экран меню управления системой запуска

Вид меню TRIGGER

Режимы запуска

Двухканальный цифровой осциллограф RIGOL DS1102D предлагает 7 режимов запуска:

  • Edge: запуск по фронту происходит, когда входной сигнал пересекает выбранный уровень напряжения в выбранном направлении (нарастание, спад или произвольным фронтом)
  • Pulse: запуск по длительности импульса; этот режим запуска используется, чтобы поймать импульсы пределенной длительности
  • Video: запуск по видеосигналу используется для запуска по полям или строкам от синхроимпульса стандартных видеосигналов. Стоит упомянуть и о режиме выбора полярности видеосигнала, выбора четных и нечетных полукадров при синхронизации по кадрам
  • Slope: запуск по скорости нарастания производится осциллографом при выполнении заданных условий по длительности и уровню для нарастающего (спадающего) перепада сигнала. Такая идея впервые используется для осциллографов этого ценового диапазона
  • Alternate: поочередный запуск от каналов CH1 и СН2 для одновременного наблюдения двух несинхронизированных сигналов
  • Pattern: запуск по определенному шаблону логического сигнала
  • Duration: запуск по совпадению с определенным шаблоном логического сигнала в течение заданного времени

Комплектация двухканального цифрового осциллографа RIGOL DS1102D

В комплекте двухканального цифрового осциллографа RIGOL DS1102D есть всё необходимое для работы. Насадки для аналоговых щупов и контактов цифрового анализатора оснащены специальными захватами. С их помощью можно удобно зацепиться за ножку микросхемы или любой другой контакт электронной платы.

Комплектация:

  • модуль цифрового осциллографа RIGOL DS1102D
  • измерительные щупы с делительной головкой 10:1 (пробники)
  • коннектор с 16 входами для сигналов и 2 входами для «земли»
  • шлейф соединения коннектора с цифровым анализатором
  • наконечники для щупов (2 шт.)
  • «крокодильчики» для заземления щупов (2 шт.)
  • наконечники для контактов коннектора (18 шт.)
  • CD с программным обеспечением
  • USB-кабель
  • сетевой кабель
  • прецизионные насадки для пробника
  • короткая инструкция

В заключение

Двухканальный цифровой осциллограф RIGOL DS1102D – это уникальное сочетание функциональности, надежности и цены. Его возможности впечатляют: множество измерений, режимов запуска, сбор и обработка данных, удобный и приятный интерфейс. Стоимость модели цифрового осциллографа RIGOL такого класса по сравнению с осциллографами грандов рынка Agilent Technologies и Tektronix намного ниже. При этом на свою продукцию компания дает беспрецедентную гарантию (3 года). Цифровые осциллографы RIGOL проходят жесткие многочасовые термические испытания, что минимизирует вероятность попадания на рынок бракованных изделий.

USB-интерфейс цифрового осциллографа RIGOL DS1102D дает возможность обновлять его микрокод, подключать к компьютеру и сохранять файлы на флеш-носитель.

Впервые цифровой осциллограф бюджетного класса снабжен встроенным логическим анализатором с возможностью одновременного отображения на дисплее логических и аналоговых сигналов.

Наличие в цифровом осциллографе RIGOL DS1102D встроенного эталонного генератора прямоугольных импульсов (меандра) дает возможность при необходимости самостоятельно откалибровать пробники.

Приятно удивляет качество сборки цифровых осциллографов RIGOL. В этом вопросе компания не уступает давно зарекомендовавшим себя производителям.