Новости при осцилоскопите

Измервателна техникаСп. Инженеринг ревю - брой 3/2019 • 06.06.2019

 

В технологично отношение осцилоскопите са се развили значително от появата им до дигиталната трансформация през 80-те години на миналия век. Напредъкът непрекъснато се ускорява - честотната лента и честотата на дискретизация нарастват експоненциално, а в допълнение се появяват и нови функции и възможности за измерване и визуализация.

Основните производители на осцилоскопи поддържат силни отдели за научноизследователска и развойна дейност, чиито инженери се стремят да усъвършенстват инструментите. Според прогнозата на анализатора Market Research Future пазарът на осцилоскопи ще нарасне от 2,3 млрд. щатски долара през 2018 г. до 3,62 млрд. щатски долара до 2023 г. при комбиниран годишен темп на растеж (CAGR) от 8,2%. Частично растежът се обуславя от увеличаване на търсенето в автомобилния сектор и популярността на потребителската електроника.

Въпреки че фокусът често е върху самите осцилоскопи, начините за сондиране предоставят голям потенциал за внасяне на подобрения. Тъй като системите стават все по-малки, инженерите изискват нови и иновативни подходи за свързване. Сондите трябва да се усъвършенстват, за да отговорят на високите изисквания за експлоатационни характеристики – по-широка честотна лента, по-малки смущения и по-ниско капацитивно натоварване. Наскоро бяха представени оптично изолирани сонди, като те са едно от най-големите постижения в сондиращата технология в съвременната история. Тези сонди използват оптика, за да осигурят висока изолация и голям коефициент на потискане на синфазни сигнали.

Друга основна тенденция е, че анализът ще продължи да се развива отвъд простата визуализация на сигналите. Повечето осцилоскопи в средния клас могат да се използват за наблюдение на почти всички представляващи интерес сигнали. Визуализацията им обаче вече не е достатъчна. Инженерите очакват осцилоскопите да предоставят широкоспектърна информация за самия сигнал, без значение дали става въпрос за анализ на захранването, декодиране на серийните шини, измерване на целостта на сигнала или дори много по-усъвършенстван анализ на нежелателни фазови или честотни отклонения в предавания цифров сигнал (jitter).

В днешно време осцилоскопите се проектират така, че да предлагат възможност за надграждане, често на място за разлика от преди, когато честотната лента и дължината на записа трябваше да бъдат специфицирани при закупуването на апаратурата. Това осигурява по-голяма гъвкавост при справянето с променящите се работни натоварвания и също така удължава живота на инструмента. В близко бъдеще вероятно може да се очакват още подобрения в тази област, за да се отговори на непрестанно растящите потребности.

В исторически план функционалността на осцилоскопите е фокусирана върху времевата форма. Някои проблеми обаче са по-лесни за решаване в честотната форма, особено ако потребителят може да обвърже събитията от честотната форма с феномени в съответната времева форма. Осцилоскопите вече предоставят доста по-елегантен и усъвършенстван анализ в честотната форма отвъд традиционното бързо преобразувание на Фурие (FFT), а някои инструменти дори предоставят възможност за интегриран спектрален анализ.

Практичността също е от голямо значение. Въпреки че може да изглежда незначително, спестяването на няколко допълнителни действия с осцилоскопа чрез по-прост и по-интуитивен потребителски интерфейс може да допринесе за съществено редуциране на загубата на време. В допълнение, това позволява на инженерите да се съсредоточат изцяло върху разглеждания проблем, вместо да се фокусират върху това как да настроят осцилоскопа.
Наскоро бяха представени осцилоскопи, използващи интерфейс, подобен на този за смартфони. Осцилоскопите са прецизни инструменти, които трябва да измерват хилядни от волта и милиардни от секундата, поради което пригаждането им да оперират като продукти, ориентирани към широкото потребление от клиенти, е голямо предизвикателство.

Друга тенденция е насочена към повишаване на разделителната способност и ограничаване на смущенията. През последните 15-20 години цифровите осцилоскопи предлагаха 8-битова вертикална резолюция, тъй като скоростта беше обект на особено внимание. Сигналите обаче се смалиха значително от времето на транзисторно-транзисторната логика (TTL), за да може да се поддържат доста по-високи скорости на пренос на данни. Изискванията за енергийна ефективност и захранваните от батерии устройства също допринасят за тенденцията към все по-нисковолтови сигнали. Всичко това в последно време доведе до използването на 12- и повече битови аналогово-цифрови преобразуватели при осцилоскопите.

Тази технологична промяна позволи на инженерите да правят по-точни измервания, особено при нисковолтовите сигнали. Разбира се, по-голямата вертикална резолюция е от значение, само ако потребителят разполага със система за събиране на данни, която не добавя допълнителни смущения към измерването.

 

От паралелни до серийни измервания

В миналото микроконтролерните системи използват паралелни архитектури, като по този начин всеки шинен компонент има свой собствен път. Следователно, потребителите могат да използват тригер тип тенденция или състояние, за да намерят събитие от интерес, след което просто визуално да декодират данните на шината.

Модерните микроконтролерни конфигурации обаче използват серийни архитектури, което означава, че данните от шината се подават на серии. Серийните архитектури се прилагат, тъй като заемат по-малко пространство върху платките, имат по-ниски цени, използват вградени часовници и имат ниска консумация на енергия. В днешно време производителите на осцилоскопи предлагат разнообразие от тригери за серийни данни, както и функции за търсене и преглеждане на протоколи, които помагат на потребителите да засекат, декодират и направят измервания на събитията, представляващи интерес.

 

Осцилоскопи за смесени сигнали

Осцилоскопите за смесени сигнали (mixed-signal oscilloscopes, MSO) са хибриден тестов инструмент, който комбинира практичността на осцилоскопа с измервателните възможности на логически анализатор, както и анализ на някои серийни протоколи. Осцилоскопът за смесени сигнали позволява на потребителите да наблюдават на дисплея различни аналогови и цифрови вълни, подредени по време.

Въпреки че не предлага всички налични канали, които осигурява един логически анализатор (осцилоскопите за смесени сигнали обикновено имат 2-4 аналогови входа и около 16 цифрови входа), неговите ползи компенсират този факт. Логическите анализатори могат да бъдат прекалено сложни и трудни за използване, докато осцилоскопите са по-интуитивни. Преимуществото на осцилоскопите за смесени сигнали е в това, че те представляват добър компромис между силните страни на всяко от двете тестови устройства.

Цифровите осцилоскопи за смесени сигнали са създадени, за да може да се обслужват много от embedded системите със смесени сигнали, преобладаващи в съвременните технологии. Например автомобилните електронни системи обикновено имат аналогови управляващи устройства за двигателя и сензори с цифрово управление.

В миналото традиционните осцилоскопи често са избрани при анализиране на такива системи, но в повечето случаи им липсва достатъчна задействаща способност и входни канали. Поради това специалистите използват както осцилоскоп, така и логически анализатор, за да се справят с тези проблеми, но това често се оказва сложно за настройка и експлоатация решение. Ето защо MSO измервателните прибори се доказват като основен избор при работа с микропроцесорни системи със смесени сигнали.

 

По-мощни портативни осцилоскопи

В миналото клиентите обикновено трябваше да избират между осцилоскоп от висок клас, заемащ много пространство, или портативен осцилоскоп от нисък клас. Модерните високоскоростни дизайни и серийни данни направиха за много специалисти задължителна необходимостта от мощен и в същото време преносим осцилоскоп.

Потребителите също така все повече персонализират устройствата с общо предназначение чрез софтуерни пакети, вече достъпни за много от осцилоскопите в този клас. Например софтуерни приложения като различните серийни декодиращи пакети, софтуер за векторен сигнален анализ, приложения за захранването, софтуер за офлайн наблюдение и анализ позволяват на потребителите да използват осцилоскопите с общо предназначение за много специфични цели.

 

Автоматизирана верификация

В миналото основната роля на осцилоскопа е помощ в проектирането и отстраняването на грешки. Например техник или инженер биха го използвали за диагностика на неизправен електрически компонент. Въпреки че осцилоскопите все още се използват с тази цел, те доста често намират приложение и като инструмент за автоматизирана верификация, т. е. за да се гарантира, че дадени устройства отговарят на изискванията за спецификации на определен стандарт за серийни данни.

В ерата на стандартизацията е важно всяко устройство, използващо определена технология за серийно предаване на данни, да отговаря на предварително зададени спецификации. Това позволява устройствата, произведени от различни компании, да бъдат съвместими помежду си.
Осцилоскопите ще трябва да сведат до минимум въздействието си върху тестваните системи, тъй като при високи скорости на предаване на данни ефектът от тях става съществен. Разработват се и приложения за съответствие, които автоматизират процеса на тестване на устройства.

 

Интерфейси

В последно време потребителският интерфейс претърпява най-големи промени в посока по-широката употреба на по-големи сензорни екрани и USB-базирани устройства. По-големите сензорни дисплеи вече са с висока разделителна способност, а подобрената им чувствителност осигурява на потребителя възможност за по-прецизен контрол по време на работа.

Също така се наблюдава тенденцията бутоните на устройството да разполагат с подсветка, която сменя цветовете си в зависимост от използвания канал. По този начин потребителят може да бъде сигурен на кой канал се извършва измерването и за къде се отнасят настройките, които прави.
От друга страна, USB-базираните осцилоскопи предоставят тази функционалност на по-ниска цена, тъй като могат да бъдат свързани с компютър с монитор за по-добър контрол в сравнение с предшестващите инструменти, използвани в индустрията.

Тези опции допринасят за доста по-висока ергономичност при използването на устройствата и позволяват на потребителя да прави справки и да управлява инструмента по-лесно за по-бързи измервания. Това води до пестене на време в процеса на проектиране и разработка.
Ако потребителите желаят да работят от разстояние, тогава за управлението през мрежа би била доста полезна IP връзка (например за управление от офиса на инструмент, намиращ се в лаборатория). За Windows-базираните устройства в допълнение може да се предвиди изходен видеопорт, при което с едно устройство ще могат да се осъществяват едновременно няколко задачи.

 

Други функции

Няколко са стандартните критерии, на които потребителите винаги трябва да обръщат внимание, като например: честотна лента поне 5 пъти по-широка от скоростта на сигнала; честота на дискретизация поне 5 пъти по-висока от скоростта на сигнала; достатъчно на брой входни канали.

Важно е да се има предвид съвместимостта на сондите от правилния тип (пасивни сонди, активни сонди, токови сонди, радиочестотни сонди за близко поле, или дори високоскоростни сонди със запоена връзка върху изпитваната платка). От значение са също така и аксесоарите (кутии за транспортиране, софтуер за задълбочен анализ, адаптери, предусилватели и др.), лесното управление, свързаността, декодирането на серийна шина и наличието на доставчици на услуги по поддръжка на територията на страната.

Потребителите би трябвало да обърнат внимание и на още няколко допълнителни характеристики като интегриран анализ на времева и честотна форма на едно устройство, измервания на мощност, вградени демонстрационни файлове и възможност за инсталиране на мрежови устройства на осцилоскопи, които не поддържат Windows.

Новият брой 3/2019

брой 3-2019

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top