Универсальные осциллографы.

Универсальные осциллографы.

                Прогресс в области современных цифровых технологий привело к серьезному изменению характеристик и возможностей осциллографов. Традиционные аналоговые осциллографы реального времени прочно занимают нишу простых недорогих приборов, так как они пока еще незаменимы при исследовании формы и последовательности высокочастотных сигналов. Аналоговые осциллографы (рис. 1) приобрели ряд важных дополнительных функций и возможностей, например, в них используют курсоры с цифровым отсчетом величины напряжения и времени, и очень удобное для работы цифровое управление. С помощью входного мультиплексора для нескольких каналов можно организовать единую развертку на однолучевой трубке с отображением нескольких сигналов.

                Значительно большими возможностями и интеллектом обладают цифровые осциллографы (рис. 2). Если бы не ограничения вследствие конечного времени оцифровки сигнала и их сравнительно высокая стоимость, они могли бы почти полностью заменить аналоговые осциллографы. Полная оцифровка исследуемого сигнала позволяет избежать отображения сигнала в реальном масштабе времени. За счет этого значительно повысилась устойчивость изображения, появилась возможность организовать сохранение результатов и записывать редкие или медленные процессы (функция аналоговых запоминающих осциллографов), упростилось масштабирование и растяжка сигналов, ввод меток.

                В цифровых осциллографах использование дисплея вместо осциллографической трубки позволяет отображать на экране любую дополнительную информацию и управлять прибором с помощью экранного меню. Однако разумный баланс между функциональными клавишами и экранными меню обеспечит больше удобств в работе, а непосредственный доступ к основным функциям лучше иметь через клавиши (одна клавиша задает одну функцию).

Рис. 1.


Рис. 2.

                Более сложные и дорогие цифровые осциллографы имеют цветной дисплей, благодаря чему они позволяют легко различать сигналы различных каналов, метки времени и амплитуды, курсоры по цвету. Некоторые модели могут накапливать отображаемый в течение большого числа разверток сигнал, а также выделять цветом места с наибольшей повторяемостью сигнала (похожий эффект наложения получался на любой осциллографической трубке с высоким послесвечением). Использование цифровой обработки и цвета позволяет исследовать очень сложные последовательности и комбинации сигналов и добиться нужных результатов.

                Еще одно немаловажное преимущество цифровых осциллографов - это их малый вес (3-5 кг) и малое энергопотребление, которое позволяет выпускать такие приборы в носимом исполнении. Цифровым осциллографам свойственны и некоторые недостатки, например, не очень качественное отображение деталей формы сигнала из-за недостаточной частоты оцифровки (частоты выборки). Это объясняется тем, что сегодняшний уровень элементной базы не всегда позволяет выполнить оцифровку сигнала со скоростями, необходимыми для исследования высокочастотных сигналов и быстрых переходных процессов (согласно теореме Котельникова, для достоверного восстановления сигнала частота оцифровки должна быть, как минимум, вдвое выше максимальной из возможных в рабочей полосе частот осциллографа, а на практике нужно пятикратное превышение). Полоса частот осциллографа связана с частотой выборки, и чем выше коэффициент широкополосности осциллографа, тем выше должна быть эта частота. При этом нужно помнить, что значение имеет не просто частота выборки, а частота выборки в пересчете на один канал.
Сложнее всего добиться оцифровки сигнала в реальном масштабе времени за один ход развертки. Сегодня типичные значения полосы частот для реализующих такой способ осциллографов составляют 100, 500 мГц, 1 гГц при частоте оцифровки 0,5, 2,5, 5 гГц. Для повышения скорости оцифровки используют специальные приемы, например, распараллеливание процесса оцифровки с помощью нескольких АЦП. Обычно это делается за счет использования АЦП других каналов, и, таким образом, при исследовании высокочастотных сигналов осциллограф превращается из многоканального в одноканальный. Еще один метод заключается в повышении скорости за счет снижения разрешающей способности.

                Ограничения характеристик современных цифровых осциллографов не умаляют их очевидных достоинств: 
- высокая чувствительность (от 1 мВ/дел), разрешение (от 8 до 14 бит); 
- широкий диапазон коэффициентов разверток (от 2 нс до 50 с); 
- растяжка сигнала по времени или по амплитуде в широких пределах; 
- развитая логика синхронизации с любыми задержками запуска развертки.

                Кроме обычных схем запуска синхронизации запуск может производиться, например, при наступлении определенного события или при его отсутствии, а также при достижении определенного значения параметра сигнала. Сигнал, по которому осуществляется синхронизация, и основной сигнал можно наблюдать в момент непосредственно перед запуском развертки.Используемые в осциллографах процессоры цифровой обработки сигнала предоставляют возможность исследования спектра сигнала посредством анализа с применением быстрого преобразования Фурье. Цифровое представление информации обеспечивает сохранение экрана с результатами измерения в памяти компьютера (через интерфейс RS-232 или GPIB) или вывод непосредственно на принтер. Некоторые осциллографы даже имеют накопитель для гибких дисков на 3,5'' для сохранения изображения в виде файлов для последующего архивирования или дальнейшей обработки. Некоторые модели осциллографов и для отображения используют дисплей компьютера (рис. 3).

Рис. 3.

                Перечень аксессуаров для цифровых осциллографов весьма обширен, но среди них есть такие, без которых осциллограф будет несостоятелен как прибор, здесь имеются в виду пробники, как обычных, с аттенюатором (делители 1:10, 1:100), так и высоковольтные и дифференциальные. Аксессуары осциллографов, как правило, стоят достаточно дорого, а из практики известно, что за время своей "жизни" осциллограф в среднем "меняет" пять-шесть пробников. Поэтому их номенклатуру нужно заранее продумать с учетом видов работ, для которых осциллограф будет использоваться (класс пробников должен соответствовать классу прибора). Использование дешевых низкочастотных делителей с дорогим цифровым широкополосным осциллографом сведет на нет все его достоинства, а высококачественный дорогой делитель не улучшит характеристики дешевого аналогового осциллографа.

                Покупатель (при ограниченных средствах на покупку) часто сталкивается с проблемой выбора: простенький цифровой осциллограф или развитый аналоговый. Поэтому сразу тщательно изучите описание того и другого и обратите внимание на различия в перечне функций. Сегодня аналоговые осциллографы еще удерживают свои позиции не только благодаря тому, что высокая стоимость цифровых осциллографов затрудняет их широкое распространение, но и по причине постоянного совершенствования аналоговых аппаратов.
                Специализированные средства диагностики компьютеров и его периферии (принтеры, видеомониторы, накопители и т.п.) по-прежнему остаются большой редкостью. Высокая стоимость таких приборов, слабость и техническая отсталость отечественных сервисных служб, развитые возможности самодиагностики компьютеров и периферии (в ряде простых случаев, неисправностей компьютер способен диагностировать себя сам с помощью встроенного программного теста и аппаратных схем контроля). Имеющиеся многочисленные тестовые и диагностические программы позволяют тестировать память, накопители на гибких и жестких дисках, принтеры, могут проверять внешние интерфейсы. Кроме того, в комплекте с отдельными модулями (например, звуковой картой) помимо драйверов производители поставляют и специализированные программы для их тестирования и диагностики.
Но для того, чтобы запустить любую программу, компьютер должен быть достаточно работоспособен, так как выполнение тестовых и любых других программ осуществляется под управлением операционной системы, которая является сложным комплексом тех же программ. И ее надо сначала загрузить, например, с жесткого диска в оперативную память, чтобы процессор смог ее выполнять (есть некоторые исключения - в компьютерах фирмы Apple ядро операционной системы "прошито" в микросхемах ПЗУ, адреса которых являются частью адресов оперативной памяти, и процессор сразу имеет доступ к программам операционной системы).

                Если же после включения питания компьютер не подает признаков жизни, то благодаря модульной конструкции компьютера неисправность можно попытаться отыскать методом замены, Такой метод позволяет выявить большую часть неисправных модулей, но не всегда. Кроме того, он всегда таит в себе опасность выхода из строя нового модуля при его установке, например, из-за неисправности шинных формирователей материнской платы. Квалифицированные специалисты, используя свои знания, могут с помощью осциллографа проверить корректность последовательности сигналов, которые формируются схемами включения, контроля, процессором, схемами системной логики сразу после появления вторичных напряжений с блока питания компьютера (сигналы PowerGood, RESET#, ADS#, FRAME#, LFRAME#, CS#, SLP_Sx, VR_ON и т. д. ) и определить степень работоспособности аппаратуры компьютера и дефектные элементы.