СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 Оцифрованная форма сигнала Сигнал от тестируемого устройства Ошибка квантования 8-бит 12-бит а б Осциллографы высокого разрешения Teledyne LeCroy и их возможности Разработка осциллографов высокого разрешения американской корпорацией Teledyne LeCroy (ранее LeCroy) – большой шаг в развитии осциллографии. Фирма LeCroy, один из трёх «китов» мировой индустрии осциллографов, создала уже несколько поколений таких приборов и в ноябре 2013 г. анонсировала новейшие осциллографы смешанных сигналов. Автор благодарит российское отделение Teledyne LeCroу за предоставленные для тестирования образцы приборов, о которых рассказывается в этой статье. Владимир Дьяконов (г. Смоленск) Современный цифровой осцилло- граф основан на сборе отсчётов сигна- лов, оцифрованных с помощью АЦП, их обработке и отображении фор- мы сигналов во временно ′ й области на экране ЖК-дисплея. Важнейшими параметрами осциллографа являются разрядность дискретизации и частота выборки, которые ограничены возмож- ностями ИС современных АЦП. Большинство доступных осцилло- графов имеют полосу частот до 1 ГГц и время нарастания переходной харак- теристики до 0,35 нс, т.е. они преодо- левают не только частотный барьер в 1 ГГц, но и временно ′ й в 1 нс, и позво- ляют наблюдать импульсы с длительно- стью примерно от 1 нс [1–4]. Эти макси- мальные параметры удалось сохранить в осциллографах класса HDO корпора- ции Teledyne LeCroy, несмотря на зна- чительное увеличение разрядности его канальных АЦП. На протяжении четверти века в циф- ровых осциллографах применялись АЦП с разрядностью 8 бит или 2 8 = 256 уровнями амплитудного квантова- ния сигналов. Минимальная теоре- тическая погрешность квантования 1/256 = 0,0039 или ±0,00195 (при рас- положении осциллограммы между уровнями). На практике её задают рав- ной 1,5…3%. Даже идеальный сигнал при этом отображается как ступенча- тый, и это хорошо заметно на экранах цифровых осциллографов. Дальней- шее повышение точности 8-разряд- ных осциллографов невозможно (за исключением усреднения периодиче- ских осциллограмм с потерей скоро- сти их вывода). Характер возникающих при этом искажений демонстрирует рисунок 1а. Помимо ступенчатости, ограниченная разрядность, или большой шаг кванто- вания, приводит к появлению ошибок в измерении амплитудных параметров и снижению динамического диапазона осциллографов до 48 дБ. Ограниченная разрядность может существенно иска- зить форму малых сигналов. У новых осциллографов разрядность АЦП уве- личена до 12 бит, что снижает ампли- туду ступенек в 16 раз в сравнении с 8-битовыми осциллографами и увели- чивает общее число уровней квантова- ния с 256 до 4096 (см. рис. 1б). Это рез- ко повышает качество осциллограмм, делая их практически гладкими. Дина- мический диапазон осциллографов увеличивается до 72 дБ. Погрешность измерений амплитудных параметров у реальных осциллографов снижена втрое (до 0,5%) и имеет резерв к даль- нейшему снижению. Первыми 12-битовыми осцилло- графами высокого разрешения были приборы с открытой архитектурой HRO60Zi и HRO66Zi (см. рис. 2) и умень- шенной до 400 и 600 МГц полосой исследуемых частот, которые были созданы на основе серии WR600Zi. В них впервые был применён круп- ный (31 см) сенсорный дисплей с высо- ким (1280 × 800) разрешением. Необыч- ным стало использование поворотно- го дисплея, который можно оттянуть от корпуса и установить в горизон- тальное (см. рис. 3) или вертикальное (см. рис. 4) положение. Однако приборы HRO66Zi были довольно громоздкими (297 × 418 × × 227 мм), тяжёлыми (около 12 кг) и потребляли большую мощность (600 Вт). На их основе были созданы более совершенные приборы серий HDO4000 и HDO6000 [2] (см. рис. 5). Благодаря двум парам откидывающих- ся ножек внизу корпуса приборыможно устанавливать строго вертикально или с наклоном вперёд и назад. Габаритыпри- боров составляют 232 × 400 × 131 мм, вес – 5,9 кг. Приборы удобно распола- гаются даже на малом рабочем месте. Потребляемая от сети мощность сни- жена до 350 Вт. На задней панели нахо- дятся разъём для подключения внеш- него дисплея, гнёзда для стереотелефо- нов и микрофона, порт локальной сети, а также 4 порта USB (ещё 2 на перед- ней панели), к которым можно подклю- чить принтер, клавиатуру, мышь и дру- гие периферийные устройства. В ноябре 2013 г. Teledyne LeCroy анонсировала выпуск новейших осциллографов смешанных сигналов HDO4000-MS и HDO6000-MS (см. рис. 6). Они оснащены входом для пробника на 16 логических сигналов и одного так- тового сигнала; пробник поставляет- ся в комплекте. Максимальная часто- та логических сигналов составляет 200 МГц. Рис. 1. Сравнение дискретизации сигнала (затухающая синусоида) с разрядностью 8 и 12 бит © СТА-ПРЕСС