Отображение сигнала на экране осциллографа
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Основным недостатком всех цифровых осциллографов является, то, что они работают не в реальном масштабе времени. Что это означает?

На рис. 2 приведен схематический рисунок отображения сигнала аналоговым осциллографом, цветное поле обозначает область рисунка, отображаемую на экране (кадр). Задержка между кадрами составляет время обратного хода луча и регулируемую временную задержку (именуемую в России "стабильность" за рубежом "HOLD") запуска развертки для получения стабильной синхронизации. Это время достаточно мало по сравнению с временем развертки и поэтому если сигнал от кадра к кадру изменяется, это изменение немедленно отображается на экране, это и есть отображение сигнала в реальном времени. Динамика сигнала как по вертикали, так и по -горизонтали соответствует изменениям входного сигнала.

рис. 2

Цифровой осциллограф использует абсолютно другой принцип работы. Входной сигнал, в размере выбранного кадра, пройдя все входные усилители и аттенюаторы поступает на АЦП, где преобразуется в цифровую форму и поступает во внутреннюю память для дальнейшей обработки (привязки к развертке, выводу на экран, измерение параметров и т.д.), время этой обработки достаточно велико по сравнению с временем кадра, задержка при выводе на экран получается достаточно большая, часть информации об изменении сигнала между кадрами теряется бесследно (см.рис.3). Это и есть отображение входного сигнала в нереальном масштабе времени - главный недостаток всех цифровых осциллографов. Его можно попытаться сгладить, но избежать нельзя!

рис. 3

Итак, первое искажение сигнала возникает при дискретизации входного сигнала в АЦП. Чаще всего в цифровых осциллографах используются 8-и разрядные АЦП - это 256 отсчетов по амплитуде, что вполне достаточно для исследования сигнала.

Но как входной сигнал записывается в АЦП? Тут пути разных производителей расходятся. Самый простой способ - выбрать как можно большую частоту дискретизации (исходя из соображений целесообразности и полосы пропускания) и записать их в память. Такая дискретизация, с жестко установленным временем между точками дискретизации, называется периодической (или регулярной)и используется в осциллографах Tektronix.

При этом способе дискретизации генератор, задающий шаг дискретизации запускается однократно, его сигнал показан в виде импульсной последовательности на рис. 4.

Шаг дискретизации То задается периодом импульсов, показанных на рис. 4, частота дискретизации равна

Fд = 1/ То

Недостатком такого способа является то, что информация между точками дискретизации (красные точки наложенные на сигнал) теряется безвозвратно, не смотря на высокую скорость дискретизации (см. рис 4 и 5) и объем внутренней памяти, в которой происходит дальнейшая обработка ограничен (но об этом немного ниже). Достоинством - простота и самое главное возможность исследовать однократные сигналы с той же достоверностью, что и периодические.

рис. 4
рис. 5

Естественно, изменения сигнала между точками дискретизации не отображаются на экране, поэтому отображение сигнала на экране искажается, как показано справа на рис.5, этот "дефект заложен конструктивно".

В некоторых моделях ЦО использует другой способ дискретизации входного сигнала - нерегулярной дискретизации.Например, дискретизация входного сигнала происходит с частотой 100 Мв/c(Меговыборок в секунду), при этом осуществляется несколько циклов развертки (дискретизации)N, сдвинутых относительно друг друга во времени на величину ΔTi(см. рис. 6).Этот способ дискретизации требует большого объема памяти ОЗУ и последующей обработки.

Сдвиги каждого периода развертки выбираются случайно и повторные попадания в ранее выбранные точки исключаются, при этом точки дискретизации на сигнал накладываются в Nраз чаще. Если частота дискретизации в циклеFд, то при нерегулярной дискретизации частота дискретизации равнаNFд, а шаг дискретизации 1/NFд, т.е. вNраз меньше.

За количество N периодов развертки на периодическом сигнале не остается точек, не подвергшихся дискретизации, включая мелкие детали (см. рис.6 и 7). Достоинством такого способа является возможность использовать "длинную" память и большая достоверность воспроизведения периодических сигналов.

рис. 6
рис. 7

Для непериодических (однократных) сигналов указанный способ дискретизации непременим.

Демонстрируя возможность измерения однократных сигналов, обратимся к рис 8. и 9. Для отображения одного периода синусоиды достаточно 20 точек. Рис 8 представляет собой сигнал частотой 30 МГц на однократной развертке при частоте дискретизации 100 Мв/c. При этом на один период синусоиды приходится 3 точки, в результате отчетливо видны существенные искажения сигнала. На рис 9 сигнал частотой 5 МГц, на период приходится 20 точек и существенные искажения, как видно отсутствуют.

рис. 8 рис. 9

Картина для осциллографов Tektronix с частотой дискретизации 1 Гв/c(Гиговыборок/с) совсем иная, за счет высокой частоты дискретизации однократные сигналы передаются практически без искажения, так на рис 10 и 11 изображены сигналы частотой 100 МГц и 70 МГц, соответственно на однократной развертке.

рис. 10 рис. 11

 

Дата: 2019-07-24, просмотров: 195.