Budowa oscyloskopu cyfrowego


W momencie, gdy sonda jest podłączona do twojego urządzenia, twój sygnał rozpoczyna wielką podróż do centrum oscyloskopu. Musi przejść przez pięć faz, aby ukończyć podróż do centrum. Budowa oscyloskopów może różnić się nieznacznie w zależności od modelu i producenta, ale zasada budowy oscyloskopu cyfrowego jest uniwersalna.

Podróż sygnału rozpoczyna się od podróży z urządzenia testowego przez szereg rezystancyjnych i pojemnościowych elementów wewnątrz sondy oscyloskopu. Specyfikacja tłumienia twojej sondy określi, jakie elementy rezystancyjne znajdują się w środku. Większość standardowych pasywnych sond napięciowych dostarczanych z cyfrowymi oscyloskopami pamięciowymi (DSO) ma współczynnik tłumienia 10: 1. Ten typ sondy miałby rezystor końcówki sondy 9 MΩ szeregowo z impedancją wejściową 1 MΩ oscyloskopu. Spowodowałoby to opór na końcówce sondy 10 MΩ, co oznacza, że ​​gdy twój sygnał przechodzi przez sondę i osiąga wejście oscyloskopu, będzie to 1/10 poziomu napięcia, kiedy był wprowadzany do sondy od Twojego urządzenia. Oznacza to, że zakres dynamiki systemu pomiarowego oscyloskopu został rozszerzony, ponieważ można teraz mierzyć sygnały o 10-krotnie wyższej amplitudzie w porównaniu do sygnałów, które można zmierzyć za pomocą sondy 1: 1. Ponadto, ta pasywna sonda 10: 1 zapewnia wysoką impedancję wejściową na końcówce sondy, co wyeliminuje wszelkie obciążenie urządzenia. Ładowanie zmieni sposób, w jaki zachowuje się Twoje urządzenie, a tego nie chcemy tego.



Następnie sygnał wchodzi do oscyloskopu, aby rozpocząć pierwszą fazę przetwarzania, analogowe kondycjonowanie sygnału wejściowego. Proces kondycjonowania składa się z trzech etapów, które wszystkie są wykonywane w celu prawidłowego skalowania przebiegu, tak aby mieściła się w zakresie dynamicznym przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) i wzmacniacza. Przetwarzanie wykonywane na tych etapach zależy od tego, jakie są ustawienia V / div i przesunięcia, co ostatecznie zależy od tego, czy mierzysz sygnał niskiego lub wysokiego napięcia. Najpierw sygnał jest skalowany w bloku tłumika, który jest siecią dzielników rezystorowych. Jeśli masz sygnał wejściowy wysokiego poziomu, sygnał zostanie tłumiony lub zmniejszony. Jeśli wprowadzasz sygnał niskiego poziomu, wówczas sygnał zostanie przekazany do następnego kroku bez żadnego tłumienia. Często możesz wprowadzać sygnał, który ma przesunięcie DC, ale chcesz móc wyświetlać ten sygnał na środku ekranu przy 0 V. Aby to umożliwić, istnieje wewnętrzne przesunięcie DC o przeciwnej biegunowości który jest dodawany do sygnału w celu przesunięcia skali. W ten sposób wyświetli się na środku ekranu. Wreszcie sygnał trafia do wzmacniacza sterowanego napięciem. Ten typ wzmacniacza zwiększy lub zmniejszy wzmocnienie twojego sygnału w zależności od ustawień V / div. To znowu zależy od tego, czy patrzysz na sygnał niskiego, czy wysokiego poziomu. Jeśli pracujesz z sygnałem niskiego poziomu, prawdopodobnie masz niskie V / div ustawienie, które powiedziałoby wzmacniaczowi, że wzmocnienie powinno zostać zwiększone, abyś mógł korzystać z pełnego zakresu ADC. Jeśli pracujesz z sygnałem wysokiego poziomu, wówczas sygnał zostałby tłumiony z powrotem w pierwszym etapie tego procesu, a wzmacniacz może następnie tłumić sygnał na tym etapie poprzez zmniejszenie wzmocnienia, ponownie w celu skalowania sygnału w zakresie zakresu dynamicznego przetwornika analogowo-cyfrowego.

   

Teraz, gdy sygnał jest już uwarunkowany, aby znajdować się w zakresie dynamicznym przetwornika ADC, może wejść w środek oscyloskopu i rozpocząć konwersję analogowo-cyfrową. Blok ADC jest podstawowym składnikiem wszystkich oscyloskopów cyfrowych. W tym miejscu analogowy sygnał wejściowy przekształca się w szereg 0 i 1. Większość dzisiejszych DSO wykorzystuje 8-bitowe przetworniki ADC, które zapewnią 256 unikalnych cyfrowych poziomów / kodów wyjściowych. Te cyfrowe kody binarne są przechowywane w pamięci akwizycji oscyloskopu, co zostanie omówione później. Aby uzyskać najwyższą rozdzielczość i dokładne pomiary, oscyloskop będzie próbował wykorzystać pełny zakres dynamiczny ADC. Podczas przekształcania sygnału w ADC, oscyloskop przetwarza również warunki wyzwalania potrzebne do ustanowienia unikalnego punktu w czasie na sygnale wejściowym, na podstawie którego można ustanowić zsynchronizowaną akwizycję. W zależności od tego, co ustawiłeś w ustawieniach akwizycji wyzwalania na oscyloskopie, blok komparatora wyzwalania wygeneruje nieodwrócony przebieg z cyklem roboczym zależnym od tego, na jaki ustawiłeś poziom wyzwalania. Następnie, w zależności od ustawienia parametru wyzwalającego (zbocze narastające, zbocze opadające itp.) Blok logiczny wyzwalacza albo odwróci przebieg przed jego przejściem, albo pozwoli przejść przez przebieg nieodwrócony do następnego kroku. Ten sygnał wyzwalający jest następnie wykorzystywany w bloku podstawy czasu w następnym kroku jako unikalny punkt synchronizacji w czasie.



Twój sygnał dotarł do ostatniego etapu podróży. Po zakończeniu akwizycji wszystkich próbek dane w pamięci akwizycji są „cofane” w kolejności „ostatni na wejściu pierwszy na wyjściu”. Sygnał jest rekonstruowany z próbek, a dane są umieszczane w pamięci pikseli wyświetlacza oscyloskopu i ostatecznie wyświetlane na ekranie. Po wycofaniu wszystkich danych z pamięci akwizycji blok cyfrowego przetwarzania sygnałów (DSP - Digital Signal Processing) sygnalizuje blokowi podstawy czasu, że może rozpocząć kolejną akwizycję. Jest to technika unikalna dla niestandardowej technologii ASIC firmy Keysight. Tradycyjnie większość innych cyfrowych oscyloskopów pamięci masowej nie zawierałaby tego bloku DSP, ale zamiast tego używałaby systemu procesora oscyloskopu. Ta metoda znacznie zmniejsza efektywność oscyloskopu i spowalnia tempo aktualizacji przebiegu, więc stracisz dokładność pomiarów i pominiesz ważne usterki. Korzystanie z bloku DSP pozwala oscyloskopom Keysight zawsze działać z wysoką wydajnością i wyświetlać przebieg bardziej zgodny z tym, co faktycznie wychodzi z twojego urządzenia.

  



Jak widzisz sygnał przechodzi długą drogę, zanim zostanie wyświetlony na ekranie lunety, ale wszystko to dzieje się w mgnieniu oka.
Dowiedz się więcej:
Oscyloskop jak wybrać?
Najważniejsze parametry oscyloskopu
Czym jest i do czego służy oscyloskop
 

Galeria