Ни для кого не секрет, что современные цифровые осциллографы, появившиеся лишь в конце XX века, сегодня можно считать одними из основных инструментов в работе радиоинженеров и других специалистов, занятых разработкой и исследованием различных цифро-аналоговых систем. Путь восхождения на олимп был долгий. Начиная с автоматического однографа Госпиталье, созданного в 1880 году, приборы обрастали всё новыми функциями, а их характеристики совершенствовались. Так, например, в 1893 году французский физик Андре Блондель изобрёл магнитоэлектрический осциллоскоп с бифилярным подвесом. В 1897 году Уильям Дадделл создал светолучевой осциллограф применив в его конструктиве небольшое зеркальце и светочувствительную пластину, устранив тем самым инерционность осциллоскопа Блонделя, обусловленную подвижностью регистрирующих частей. В 1899 году приборы обзавелись горизонтальной развёрткой и кинескопом, что сделало их похожими на так легко узнаваемые аналоговые осциллографы. И лишь в конце XX века, благодаря стремительному развитию электроники и появлению быстрых АЦП появились цифровые осциллографы, а начиная с 80-х годов, они занимают доминирующие позиции.
Современные цифровые осциллографы достигли небывалых высот в своём развитии и обладают по истине безграничными возможностями анализа целостности сигнала. Эта заслуга ведущих производителей контрольно-измерительного оборудования из Европы и США. Полоса пропускания в 70 ГГц не является чем-то экстраординарным, а большой набор различных приложений помогают раскрыть потенциал осциллографа. К таким приложениям можно отнести, например, программное обеспечение по комплексному векторному анализу сигналов, анализу спектра, анализу источников электропитания, различные приложения для комплексного тестирования стандартов передачи данных, синхронизация и декодирование различных протоколов и т.д.
Программные и аппаратные опции могут существенно расширить функционал прибора и улучшить его технические характеристики. Например, уникальная опция высокого вертикального разрешения 16 бит, которую предлагает европейский производитель оборудования из Германии, позволяет анализировать сигналы с минимальными амплитудными изменениями при наличии высокоамплитудной компоненты. Высокое разрешение совместно с инновационной системой цифровой синхронизации, позволяют осциллографам этой компании производить запуск по сигналам, которые просто не видимы для остальных. Высочайшая скорость захвата осциллограмм более 1 000 000 осц/сек, минимальный собственный шум, хорошие РЧ характеристики делают эти осциллографы очень интересным предложением на рынке.
Помимо дополнительных приложений осциллографы от разных производителей включают в себя различный базовый функционал. Наиболее щедрыми в этом плане оказываются опять же производители из Европы. Помимо высокопроизводительного «железа», описанного выше, приборы имеют в своём составе такой важный компонент как анализ спектра на основе БПФ. Данная функция реализована аппаратно на основе отдельных блоков микросхем с понижением частоты вниз, аналогично анализаторам спектра. Это позволяет производить гибкую настройку спектра и получать результаты практически мгновенно, благодаря высокой скорости работы системы. Активируя встроенную функцию послесвечения мы получаем 4-х канальный анализатор спектра реального времени, что позволяет регистрировать однократные события в спектре и даже производить поиск сигнала скрытого в шумах. Дополнительным базовым инструментом анализа сигналов является расширенный математический калькулятор, который позволяет использовать практически любые математические выражения и операции. Также стоит отметить такой базовый инструмент как тестирование по маске. Форма маски может определяться пользователем и с её помощью, например, можно тестировать различные электрические системы по критерию годен/не годен, а дополнив осциллограф специальными опциями тестировать протоколы передачи данный на соответствие стандартам, например USB 2.0, 10G Ethernet, eMMC и другие.
На сегодняшний день, помимо высокопроизводительных осциллографов с большой полосой пропускания на рынке широко представлены, так называемые «бюджетные» осциллографы, которые относятся к классу не дорогих. С их помощью пользователю удаётся решать обширный спектр измерительных задач в диапазоне частот до 500 Мгц.
Но как выбрать наиболее подходящий для себя осциллограф среди более чем 10 различных производителей бюджетных решений? К тому же стоимость таких приборов с одинаковым частотным диапазоном и количеством каналов, как правила отличается незначительно. Если в топ-классе, где прибор выбирается исходя из диапазона частот, наличия той или иной опции и некоторых других характеристик, всё более менее ясно, то в классе недорогих моделей, на мой взгляд, необходимо пользоваться критерием универсальности. Универсальность в данном случае означает, то количество базовых возможностей и функций, которыми может похвастаться осциллограф в базовой комплектации. Например, если 2 осциллографа имеют одинаковую полосу частот, количество каналов, но во втором приборе присутствует встроенный частотомер, то такой прибор можно считать более универсальным. Он позволит охватить более широкий круг измерительных задач и косвенным образом позволит пользователю сэкономить финансовые средства. И всё же, что можно порекомендовать среди всего многообразия недорогих осциллографов?
Отвечая на этот вопрос, вернёмся к производителю контрольно-измерительного оборудования Rohde & Schwarz, который предлагает широкую номенклатуру бюджетных осциллографов в диапазоне частот до 500 Мгц. Данные приборы по своему привлекательны, и предлагают пользователю наибольшую универсальность в решении измерительных задач. Эти осциллографы позиционируются как 7 приборов в 1, что сегодня является очень популярной тенденцией. Помимо осциллографа как такого, приборы сочетают в себе следующие функции: логический анализатор, который практически не встречается в приборах класса до 200 МГц, встроенный генератор паттернов, встроенный функциональный генератор стандартных форм сигнала, встроенный вольтметр и частотомер, тестирование по маске по критерию годен/не годен, уникальный тестер полупроводниковых и пассивных компонентов, и конечно же БПФ. Не вдаваясь в технические детали каждой из функций хочется отметить, что такого богатого базового оснащения не предлагает больше ни один из производителей осциллографов. Функция тестирования полупроводниковых и пассивных элементов с построением ВАХ на экране вообще является уникальной для осциллографа. С её помощью можно производить дефектовку элементов прямо на плате, не прибегая к их демонтажу.
Функция генератора паттернов, например, позволяет генерировать сигналы шин I2C, SPI, UART, CAN и др., что значительно облегчает тестирование встраиваемых систем где используются данные протоколы. Таким образом, благодаря богатому оснащению и функционалу, данные осциллографы могут быть успешно использованы сервисными инженерами, инженерами тестировщиками, наладчиками. Также они очень хорошо подходят для обучения студентов, и могут быть использованы в университетах при проведении лабораторных работ по радиотехнике и в других дисциплинах.
Подводя итог сегодняшней статьи не трудно заметить, что осциллографы проделали долгий эволюционный путь, который продолжается до сих пор. Если раньше они решали только основную возложенную на них задачу по наблюдению за сигналом и измерению его амплитудных и временных характеристик, то сегодня благодаря огромному функционалу современных цифровых осциллографов список приложений существенно расширен. Осциллограф может быть и анализатором спектра, и генератором, и мультиметром, и логическим анализатором, т.е. быть современной измерительной системой.
Савкин Андрей,
Andrei.Savkin@rohde-schwarz.com
Rohde&Schwarz
