Еще одно преимущество — вариативность. Можно использовать большой объем памяти, но его также можно регулировать и уменьшать по мере необходимости, что дает дополнительные преимущества. Например, при меньшем объеме памяти измерения можно проводить гораздо быстрее, чтобы зафиксировать быстрые изменения (сбои) или нежелательные, быстро меняющиеся формы сигналов. Скорость захвата формы сигнала и минимизация времени простоя играют в этом отношении важную роль.
Компания RIGOL анонсировала в новой серии DS70000 новый осциллограф с частотой 3 ГГц или 5 ГГц, основанный на недавно разработанной платформе UltraVision III. Этот осциллограф, содержащий фирменные микросхемы ASIC, подробно описан ниже в связи с вышеупомянутыми аспектами и преимуществами этих параметров.

Глубина памяти сбора данных.
Чтобы подробнее изучить память сбора данных, рассмотрим вертикальную систему осциллографа. Для подачи управляемой амплитуды на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) аналоговый входной сигнал ослабляется или усиливается. Затем необходима фильтрация в соответствии с соответствующей максимальной полосой пропускания, чтобы избежать эффектов наложения спектров, которые искажают сигнал из-за недостаточной выборки высокочастотных компонентов выше максимальной полосы пропускания. После фильтрации АЦП оцифровывает данные с заданной частотой дискретизации. DS70000 использует дискретизацию в реальном времени, что означает, что все точки выборки регистрируются последовательно после запуска. Дискретные (теперь двоичные) отсчеты сохраняются в памяти сбора данных, и таким образом данные подаются в горизонтальную систему осциллографа. Горизонтальная система обеспечивает получение достаточного количества точек выборки в нужное время. Отсчеты описываются как точки; например, один миллион отсчетов описывается как 1 Мтт (мегаточек). С помощью осциллографа время деления, количество делений (DIV), глубина памяти и частота дискретизации связаны формулой (см. формулу 1):

Формула 1: Горизонтальная корреляция цифрового осциллографа.

На осциллографе RIGOL DS70504 дисплей разделен на 10 делений, а его максимальная частота дискретизации в реальном времени составляет 20 Гс/с. При использовании одного канала максимальная глубина памяти составляет 2 Гпт, что приводит к максимальному времени дискретизации 10 мс, что соответствует времени отображения 100 мс. Как видно из формулы 1, другие параметры неизбежно изменяются, как только изменяется одна из переменных. Например, можно увеличить единицу времени. Если максимальный объем памяти уже используется, частоту дискретизации необходимо уменьшить. На осциллографах RIGOL можно изменять переменные «единица времени» и «глубина памяти»; автоматическая частота дискретизации определяется этими параметрами. Если измеряется сигнал 5 ГГц (период = 200 пс) с единицей времени 10 мс/деление, то за одно измерение можно записать и отобразить на экране 500 миллионов периодов. Функция масштабирования позволяет более точно анализировать интересующие области. Благодаря высокой частоте дискретизации, даже самые незначительные отклонения в сигнале 5 ГГц легко обнаруживаются. На рисунке 1 показана запись сигнала 5 ГГц с амплитудой -10 дБм (100 мкВт или 200 мВпик-пик). 5 ГГц соответствует полосе пропускания 3 дБ микросхемы DS70504. Показано значение амплитуды 200 мВпик-пик, что практически соответствует фактической амплитуде на частоте 5 ГГц.

 Рисунок 1: Измерение сигнала 5 ГГц (-10 дБм) с помощью DS70504.

Высокая частота дискретизации также необходима, если, например, требуется измерение на восходящем фронте высокочастотного сигнала данных, поскольку это зависит от полосы пропускания. Измеренное время нарастания (AZ) зависит от AZ осциллографа, используемого пробника и измеряемого сигнала (см.
Формулу 2).

Формула 2: Расчет измеренного времени нарастания сигнала данных.

На рисунке 2 показан сигнал данных, измеренный с помощью неоптимального радиочастотного кабеля на канале 1 (желтый), и сравнен с измерением, выполненным с помощью дифференциального радиочастотного пробника RIGOL PVA8700 (канал 3, розовый). Время нарастания можно было измерить гораздо точнее с помощью высокочастотного пробника.

Рисунок 2: Измерение времени нарастания. Розовый цвет: с использованием радиочастотного зонда RIGOL PVA8700. Желтый цвет: с использованием коаксиального кабеля (разъем BNC).

Время отображения также можно увеличить, используя максимальный объем памяти, но при этом частота дискретизации снижается, и сигналы больше нельзя различить, используя всю полосу пропускания. Один из способов решения этой проблемы — использование функции логирования для выгрузки памяти в разных кадрах, а затем повторная сборка этих сегментов. Однако использование большой памяти и увеличение времени отображения снижают скорость получения осциллограмм, что приводит к увеличению времени ожидания между измерениями.

Скорость захвата осциллограммы осциллографом:
Цифровым осциллографам требуется время обработки для цифровой обработки сигнала и его отображения. В течение этого времени осциллограф не производит измерений, поэтому всегда существуют «слепые» периоды. Чем больше используемых функций (например, математических функций, БПФ и т. д.), тем дольше «слепой» период. Глубина памяти и настройки синхронизации монитора также влияют на это. Чем больше оба этих параметра, тем дольше «слепой» период. «Слепой» период оказывает очень негативное влияние на измерения, особенно при измерении редких событий, поскольку измерение должно быть значительно дольше, чтобы визуализировать сбой с вероятностью P = 99%. Время измерения указано в формуле 3.

Формула 3: Время, необходимое для обнаружения сбоя с вероятностью 99%.

Это означает, что при скорости сбора данных DS70504, превышающей 1 миллион осциллограмм в секунду (измеренное значение: 1,012 миллиона осциллограмм в секунду), сбой с частотой 10 сбоев в секунду и вероятностью обнаружения P = 99% может быть отображен за 4,6 секунды. Следовательно, для отображения сбоя необходимо измерить 46 событий (P = 99%). Для осциллографа с более низкой скоростью сбора данных, например, 100 000 осциллограмм в секунду, для отображения сбоя потребуется период в 46 секунд или 460 измеренных событий.

Таким образом, можно утверждать, что глубокая память может использоваться для проведения высокоточных измерений в течение более длительного периода времени или для очень быстрых измерений с меньшим объемом памяти и меньшим временем сканирования. Оба варианта отлично реализуются с помощью осциллографа DS70504. Осциллографы серии DS70000 способны улавливать даже мельчайшие помехи и обнаруживать пики длительностью всего 200 пс. В этом случае амплитуда непрерывно контролируется, а в пределах интервала дискретизации записываются и отображаются крайние положительные и отрицательные значения. Полученная огибающая помогает показать даже самые незначительные отклонения. Отображение максимальных и минимальных значений несколько улучшает реакцию на шум.
Изменение объема памяти для сбора данных также может быть использовано в функции записи для сохранения нескольких записей сигнала на устройстве для последующего анализа.

Функция записи:
Серия DS70000 позволяет сохранять данные о форме сигнала в отдельных кадрах в оперативной памяти. Эти кадры можно извлекать столько раз, сколько необходимо для последующего анализа и выполнения измерений, таких как частотный анализ или декодирование сигнала шины (например, CAN-FD). Размер памяти для сбора данных определяет максимальное количество кадров, которые можно записать. Например, при объеме памяти в 1 кбит/с можно записать до 2 миллионов кадров. Если требуется еще меньший объем памяти, например, для записи очень коротких периодов, можно записать 2,4 миллиона кадров при глубине памяти 400 кбит/с. Минимальный интервал между каждым кадром составляет 10 нс, а временной интервал между этими кадрами очень мал. С помощью функции записи и умелой настройки (обычного) триггера можно настроить запуск и запись таким образом, чтобы запись происходила только при наличии триггера. Это позволяет записывать и сохранять спорадические события во время долговременного тестирования и анализировать их позже столько раз, сколько необходимо после завершения теста. Общий объем памяти также можно расширить путем сегментации с помощью функции записи. Например, с 1 Гпт памяти можно захватить до 5 кадров, что соответствует максимальному объему памяти в 5 Гпт. Это демонстрирует, как накапливается значительный объем данных, составляющий несколько гигабайт. Во многих приложениях необходимо сохранять данные во внутреннюю энергонезависимую память, а затем и на ПК. Скорость процесса хранения и передачи данных на ПК представляет собой серьезную проблему для многих осциллографов, поскольку это может быть трудоемким процессом. Компания RIGOL оптимизировала серию DS70000 именно для этой цели, сделав ее максимально простой и быстрой.

Доступность данных:
Серия DS70000 интегрирует такие интерфейсы, как USB 3.0 (хост и устройство) и Gigabit Ethernet, для быстрой и надежной передачи данных. Данные могут передаваться напрямую на ПК или через USB 3.0-накопитель. После подключения измерительного устройства к ПК через Ethernet, управление осуществляется через веб-браузер без необходимости установки дополнительного программного обеспечения. Частота обновления изображения составляет 9 кадров в секунду, что обеспечивает очень быстрое отображение на ПК. Это веб-управление позволяет полностью управлять устройством (см. рис. 3).

Рисунок 3: Экран и управление через веб-интерфейс.

С другой стороны, записи можно сохранять в формате MP4 и хранить непосредственно на ПК. Этот интерфейс также предоставляет возможность отправки команд SCPI на устройство. Для хранения больших объемов данных устройство можно использовать в качестве FTP-сервера через его IP-адрес и получить к нему доступ через файловый менеджер. Это позволяет легко передавать все локально сохраненные файлы, такие как изображения, CSV-файлы, видео и т. д., с устройства на ПК.

В серии DS70000 также оптимизирована скорость работы внутренней памяти устройства.
Например, 10 Мбит памяти можно сохранить на осциллографе менее чем за 10 секунд. Передача этих данных на ПК по FTP занимает менее минуты. 2 Гбит памяти (приблизительно 29,8 ГБ данных) можно сохранить на устройстве за 5 минут и 26 секунд. Затем передача по FTP на ПК занимает еще 6 минут и 50 секунд. Бинарные данные сигналов можно сохранять на устройстве еще быстрее. Например, 2 Гбит можно скопировать во внутреннюю память устройства за 46 секунд, а на ПК по FTP — за 63 секунды. RIGOL предлагает одно из лучших соотношений цены и качества, а также превосходное качество, которым славится RIGOL, — результат более чем 20-летнего опыта в области тестирования и измерений.

Серия DS70000 — это первое измерительное устройство StationMAX, предлагающее дополнительные функции, такие как анализ спектра в реальном времени, различные режимы запуска/декодирования шинных систем и тестирование на соответствие стандартам, например, для USB 2.0 и 100-Base-T Ethernet. Она также позволяет выполнять аналитические функции, такие как визуализация диаграммы «глаз» в реальном времени и анализ джиттера. Аппаратная часть разработана таким образом, чтобы обеспечить возможность дальнейшего расширения без модернизации оборудования, гарантируя надежную работу в течение многих лет. RIGOL также предлагает широкий ассортимент пробников, включая серию активных ВЧ-пробников PVA8000, которые гарантируют линейную полосу пропускания до 7 ГГц и оснащены фирменным ASIC-чипом.

Борис Адлунг, RIGOL Technologies Europe