Osciloskopy. doc. Ing. Peter Kukuča, CSc. MIET KMer FEI STU

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Osciloskopy. doc. Ing. Peter Kukuča, CSc. MIET KMer FEI STU"

Ἰωακείμ Αλαβάνος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Osciloskopy doc. Ing. Peter Kukuča, CSc. MIET KMer FEI STU

2 Slučkový oscilograf

3 Osciloskopy Elektronické meracie prístroje na zobrazenie časových priebehov elektrických veličín, prípadne závislosti jednej veličiny od druhej. Analógové (elektronické) Pamäťové (analógové) Vzorkovacie (analógové) Číslicové (pamäťové, vzorkovacie)

4 Osciloskop

5 Osciloskop Musí zabezpečiť: zobrazenie priebehu alebo závislosti blok obrazovky úpravu (prispôsobenie) vstupného signálu vstupné obvody voľbu rýchlosti vychyľovania, posuv, lupu blok časovej základne stabilitu obrazu blok synchronizácie zobrazenie viac priebehov súčasne elektronický prepínač

6 Analógový osciloskop Vertikálny zosilňovač Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

7 Obrazovka CRT Vertikálny zosilňovač Oneskorovacia linka Cathode Ray Tube, Screen Časová Elektronický prepínač Zosilňovače na úpravu signálov na úrovne Blok synchronizácie požadované obrazovkou Zosilňovač Horizontálny posun Delič Prepínač AC/DC Zosilňovač Delič Prepínač AC/DC Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Vstupné obvody základňa Zdroj (vysokého napätia) Vstup I Vstup II

Vstupné obvody Vertikálny Vertical, Inputs zosilňovač Prepínač Oneskorovacia väzby vstupov linka Časová Alternating Current, Direct Coupling Elektronický prepínač Blok obrazovky Prepínač

8 Vstupné obvody Vertikálny Vertical, Inputs zosilňovač Prepínač Oneskorovacia väzby vstupov linka Časová Alternating Current, Direct Coupling Elektronický prepínač Blok obrazovky Prepínač rozsahov V/d Horizontálny zosilňovač základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Funkcia zosilňovača Delič Delič Vertikálny Vstupné posun obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

Časová základňa Blok obrazovky Vertikálny Generovanie zosilňovač pílovitého napätia Time Base Oneskorovacia linka Rýchlosť s/d Elektronický prepínač Časová

9 Časová základňa Blok obrazovky Vertikálny Generovanie zosilňovač pílovitého napätia Time Base Oneskorovacia linka Rýchlosť s/d Elektronický prepínač Časová lupa Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

Synchronizácia Vertikálny Spúšťanie behu časovej základne zosilňovač Trigger Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky

10 Synchronizácia Vertikálny Spúšťanie behu časovej základne zosilňovač Trigger Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

11 Synchronizácia +U = u m (t) Synchronizačná úroveň Komparátor + Hrana Synchronizačné impulzy U =

Synchronizácia Blok obrazovky Vertikálny Režimy synchronizácie časovej základne Auto Norm Elektronický Synchronizácia prepínač Interná I, II, I + II Externá Filtre zosilňovač

12 Synchronizácia Blok obrazovky Vertikálny Režimy synchronizácie časovej základne Auto Norm Elektronický Synchronizácia prepínač Interná I, II, I + II Externá Filtre zosilňovač Oneskorovacia linka Zosilňovač Delič Prepínač AC/DC Zosilňovač Delič Prepínač AC/DC Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Vstupné obvody Vstup I Vstup II

13 Oneskorovacia linka Vertikálny zosilňovač Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

14 Elektronický prepínač Vertikálny zosilňovač Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup I Vstup II

15 Elektronický prepínač I II ALT CHOP SUM Režimy činnosti:

16 Elektronický prepínač Režim ALT I II

17 Elektronický prepínač Režim CHOP I II

18 Analógový osciloskop Vertikálny zosilňovač Oneskorovacia linka Elektronický prepínač Blok obrazovky Horizontálny zosilňovač Časová základňa Blok synchronizácie Zosilňovač Zosilňovač Delič Delič Vstupné obvody Režim X-Y Prepínač AC/DC Prepínač AC/DC Vstup Z Vstup I Vstup II

19 Frekvenčný rozsah [MHz] Hraničná frekvencia sústavy 1. rádu Pokles pri hr f = - 3 db - 30 % Nábežná doba t n = 0,35/f hr [μs, MHz] Zobrazená nábežná doba obr Korekcia frekvenčných vlastností osciloskopu t n t n sig 2 ( t ) ( t nsig nosc 2 ) ( t ) ( t nobr nosc 2 ) 2

20 Frekvenčný rozsah [MHz]

21 Vstupné sondy Pasívne napäťové sondy 10 MΩ / 15 pf Aktívne napäťové sondy (50 Ω, 3 pf) Vysokonapäťové sondy Prúdové sondy jednosmerné striedavé

22 Vstupná impedancia [Ω]

23 Osciloskopy Pamäťové analógové osciloskopy meranie jednorazových dejov pamäťová obrazovka Vzorkovacie analógové osciloskopy zobrazenie veľmi rýchlych periodických dejov analógová transformácia času

24 Vzorkovací osciloskop

25 Číslicový osciloskop (DSO)

26 Výhody DSO Stála kvalita obrazu Trvalé zobrazenie jednorazových dejov Možnosť zapamätať namerané priebehy na neskoršie spracovanie ako referenčné Možnosť prepojenia s počítačom riadenie merania zapamätanie, spracovanie, publikovanie výsledkov merania

27 Výhody DSO Možnosť zobrazenia signálov pred okamihom synchronizácie pretrigger Možnosť meniť parametre zobrazenia aj po meraní Možnosť automatizácie merania opakované merania babysitting charakteristické hodnoty Špeciálne režimy zapamätávania obálka, priemerovanie,...

28 Základná bloková schéma DSO Vstupné obvody ako pri analógovom osc. Synchronizácia ako pri analógovom osc. ale s mnohými novými možnosťami AČ prevodník prevod do rýchlej pamäti Čas. základňa generátor hod. impulzov Zobrazovacia pamäť spracovaný priebeh Zobrazenie ČAP + zos. + obrazovka alebo VGA karta + monitor Procesor, resp. procesory

29 Základná bloková schéma DSO Horizont. ČAP + zos. Obrazovka Vertikálny ČAP + zos. Rýchla pamäť Obrazová pamäť Vstup I Vstup II AČP Synch. Časová základňa

30 Vzorkovanie v DSO v reálnom čase max. rýchlosť daná AČ prevodníkom periodické aj jednorazové deje v ekvivalentnom čase len periodické deje teoreticky nezávislé od rýchlosti AČP postupné jednoduchšie, presnejšie, 10 fs náhodné častejšie, pretrigger, 10 ps

31 Vzorkovanie v DSO vzorkovanie v reálnom čase

32 Vzorkovanie v DSO postupné vzorkovanie v ekvivalentnom čase

33 Vzorkovanie v DSO náhodné vzorkovanie v ekvivalentnom čase

34 Režimy zberu údajov Sample Envelope Average jednoduché vzorkovanie obálka priemerovanie Peak detect detekcia špičiek Enhanced resolution zväčšené rozlíšenie

35 FIR filtre Prírastok rozlíšenia [bit] Zmena šírky pásma Dĺžka filtra [vzorky] 0,5 x 0,5 2 1 x 0, ,5 x 0, x 0, ,5 x 0, x 0,

36 Zobrazenie v DSO Bodový displej (25 b/p)

37 Zobrazenie v DSO Lineárna interpolácia (10 b/p)

38 Zobrazenie v DSO Sínusová interpolácia (3 b/p)

39 Frekvenčný rozsah [MHz] Hraničná frekvencia sústavy 1. rádu Pokles pri hr f = - 3 db - 30 % Nábežná doba t n = 0,35/f hr [μs, MHz] Zobrazená nábežná doba obr Korekcia frekvenčných vlastností osciloskopu t n t n sig 2 ( t ) ( t nsig nosc 2 ) ( t ) ( t nobr nosc 2 ) 2

40 Základná bloková schéma DSO Horizont. ČAP + zos. Obrazovka Vertikálny ČAP + zos. Rýchla pamäť Obrazová pamäť Vstup I Vstup II AČP Synch. Časová základňa

41 Rýchlosť AČP [MS/s] Počet prevodov AČP v reálnom čase Vzorkovacia teoréma: Na rekonštrukciu ľubovoľného signálu s hraničnou frekvenciou f hr treba tento signál vzorkovať s frekvenciou vyššou ako 2 f hr. RTO Real Time Oscilloscope DRT Digital Real-Time 10 GS/s

Rýchlosť DSO Frekvenčný rozsah osciloskopu (MHz) Rýchlosť AČP (MS/s) Frekvenčný rozsah pre periodické signály (1) 100 20 100 10 (2) 100 100 100 50 (3) 100 200

42 Rýchlosť DSO Frekvenčný rozsah osciloskopu (MHz) Rýchlosť AČP (MS/s) Frekvenčný rozsah pre periodické signály (1) (2) (3) (1) (1) (1) - pre pokles o 3 db (30 %) (2) - pokles je menší než 1 % (3) - pokles je cca 10 % Frekvenčný rozsah pre jednorazové signály

43 DSO - pokračovanie Počet bitov AČP #NA 8 12 bitov (12 8 bitov) súvislosť s rýchlosťou Veľkosť pamäti 1 k 10 M Výpočet charakteristických hodnôt správnosť výpočtu voľba výpočtu Disketa, disk, modem, sieťová karta, GPIB,...

44 DSO - Možnosti časovej lupy pri veľkej pamäti

45 DSO - Histogram šírky impulzov

46 DSO - Rôzne typy Pass/Fail testov (optional)

47 DSO - synchronizácia Edge synchronizácia na hranu Glitch zákmit Pulse Width impulz s definovanou šírkou State Qualified podmienená stavom Edge Qualified podmienená zmenou Dropout výpadok TV,... Time Hold-off Events Hold-off

48 DSO - Synchronizácia na chýbajúci bit z disku

49 DSO - Synchronizácia podmienená zmenou + Hold-off

50 DSO - skoro ako analógové? Opakovacia frekvencia merania analógové osc. až x priebehov/s ekvivalent ~ 200 MB/s číslicové osc. desiatky až stovky prieb./s Analog Persistence InstaVu TM DPO (Digital Phosphor Oscilloscope)

51 DSO - Analog Persistence

DSO - InstaVu Aktualizácia obrazu raz za 32 ms (31x / 1 s) Obraz obsahuje 12 000 behov časovej základne Obraz 500x256(512)

52 DSO - InstaVu Aktualizácia obrazu raz za 32 ms (31x / 1 s) Obraz obsahuje behov časovej základne Obraz 500x256(512) bodov, 1 bit, 4 kanály Demultiplexer zákaznícky obvod tr.; 0,8 μm; 304 pin; 2,5 W priebehov/s pri jednom kanáli(vstupe)

53 DSO - InstaVu

54 DPO - Digital Phosphor Oscilloscope InstaVu + zmena jasu obrazu Vzorkovanie 500 alebo bodov, 21 bit Obraz 500x200 bodov, 4 bity, 30 x za 1 s Procesor DPX zákaznícky obvod 1,3 mil. tr.; 0,65 μm priebehov/s

55 Digital Phosphor Oscilloscope DPX Digital Phosphor Obrazovka AČP Procesor Obrazová pamäť Procesor Vstup

56 Digital Phosphor Oscilloscope

57 Digital Phosphor Oscilloscope

58 Agilent Infiniium DSO/DSA90000A Series 13 GHz bandwidth 40 GSa/s sampling rate 1 Gpts deep memory 3-level sequence trigger XP Cena

59 Agilent Infiniium DSO/DSA90000A Series Vstupný delič a zosilňovač s extrémne nízkym šumom

61 Agilent Infiniium DSO/DSA90000A Series 5 Gbps PCI EXPRESS Gen 2 eye pattern

Σχετικά έγγραφα

Πανεπιστήμιο Πατρών Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ κ Πληροφορικής Τομέας Υλικού κ Αρχιτεκτονικής. Εισαγωγή στον Tektronix TDS2002B

Πανεπιστήμιο Πατρών Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ κ Πληροφορικής Τομέας Υλικού κ Αρχιτεκτονικής Εισαγωγή στον Tektronix TDS2002B Πάτρα, Ιούλιος 2008 Περιεχόμενα Περιεχόμενα... 1 Αρχές λειτουργίας