Снятие панели управления прибором

Серия Hi-End-осциллографов WavePro/SDA 7 Zi-A с полосой 1,5–6 ГГц фирмы Teledyne LeCroy

PDF версия
Эта статья описывает серию современных высокоскоростных осциллографов WavePro/SDA 7 Zi-A класса Hi-End с открытой архитектурой, пришедших на смену широкополосным осциллографам WaveMaster/SDA 8 Zi-A фирмы LeCroy. Всего выпускается девять моделей приборов с полосой от 1,5 до 6 ГГц.

Современные осциллографы, серийно выпускаемые небольшим числом компаний

Высокоскоростные модели этих «микроскопов» в мире электрических сигналов можно перечислить по пальцам одной руки — их куда меньше, чем мировых фирм, создающих автомобили, самолеты и даже космические корабли. Это указывает на сложность применяемых в осциллографах технических решений и технологий. Не случайно цена наиболее мощных осциллографов многократно превосходит стоимость престижного автомобиля.

За последнее десятилетие один из мировых лидеров рынка — корпорация LeCroy (ныне Teledyne LeCroy, Inc., США) зарекомендовала себя как разработчик цифровых осциллографов Hi-End-класса с высочайшими частотно-временными характеристиками — большой полосой частот и малым временем нарастания. Некоторые последние разработки (например, серии WaveMaster 8 Zi и WavePro 7 Zi, LabMaster 10 Zi и LabMaster 9 Zi) были удивительно похожи друг на друга, имея унифицированный и самый современный интерфейс пользователя и, естественно, отличаясь полосой частот и стоимостью.

В конце 2013 года Teledyne LeCroy представила миру свои новейшие разработки 12‑разрядных приборов умеренной стоимости — осциллографы высокой точности и четкости серий HDO4000R/6000R, в том числе мультисигнальные с встроенным логическим анализатором HDO4000R-MS/HDO6000R-MS [1]. Эти осциллографы впервые в мире имеют 12‑битовые аналого-цифровые процессоры (АЦП) в каналах вертикального отклонения вместо традиционных 8‑битовых, повышенное до 4096 (вместо 256) число ступеней квантования и втрое меньшую, чем у большинства 8‑разрядных осциллографов, погрешность (0,5%) вертикального отклонения. Недавно появились и бюджетные модели серии WaveSurfer 3000R. Приборы очень похожи на своих старших собратьев, но и дешевле [2], а также имеют меньшие массо-габаритные показатели.

Если закрыть глаза на полосу частот (она достигает 1 ГГц, что иногда недостаточно), то новейшим HDO4000R/6000R можно было бы отдать пальму первенства по функциональным возможностям и совершенству интерфейса пользователя. Удивляет и канал развертки во времени со скоростью от 20 пс/дел. до 25000 с/дел.

Это сделано не случайно! Можно изучить многочисленные инновации LeCroy, например режим быстрого обнаружения и запуска по аномалиям Triger Scan, режим поиска и анализа аномалий Wave Scan, режим просмотра предшествующих осциллограмм History, режим детального анализа спектра Spectrum и т. д. В старших сериях приборов, в частности WavePro/SDA 7 Zi-A, эти режимы тоже реализованы.

 

Осциллографы Teledyne LeCroy WavePro 7 Zi-A

Сегодня наиболее дорогим и востребованным свойством осциллографов по-прежнему остается широкая полоса исследуемых частот (и время нарастания в наносекундах, примерно равное 0,35/F, где F — полоса частот в ГГц). На рис. 1 показана типовая зависимость скорости передачи данных от их объема, свойственная современным интерфейсам и системам передачи данных. Объем информации непрерывно повышается, и увеличивается скорость передачи данных, а следовательно, и быстродействие необходимых для их просмотра осциллографов. Вот почему потребность в скоростных осциллографических системах постоянно возрастает [3]. Учитывая эту потребность, корпорация LeCroy создала ряд высокоскоростных 8‑разрядных осциллографов серии 7 Zi. На современном уровне технологии именно такие приборы имеют максимальную полосу частот при умеренной стоимости. В приборах в виде БИС реализованы наиболее скоростные узлы с применением кремний-германиевой технологии гетеропереходов.

Зависимость скорости передачи данных от их объема

Рис. 1. Зависимость скорости передачи данных от их объема

Серия 4‑канальных цифровых запоминающих осциллографов WavePro 7 Zi-A (рис. 2) и анализаторов последовательных данных SDA 7 Zi-A имеет полосу частот от 1,5 до 6 ГГц при частоте дискретизации 20 ГГц на канал и 40 ГГц в режиме объединения каналов. Их память составляет 20 и 40 Мбайт/канал в режиме попарного объединения каналов (опция до 256 Мбайт).

Внешний вид осциллографа WavePro/SDA 7 Zi-A

Рис. 2. Внешний вид осциллографа WavePro/SDA 7 Zi-A

Приборы созданы на основе открытой архитектуры и имеют выстроенный мощный и быстродействующий персональный компьютер на базе 4‑ядерного микропроцессора Intel Core Quad с тактовой частотой на каждое ядро 2,6 ГГц (до 3,8 ГГц в режиме турбо) и емкостью оперативной памяти 8 Гбайт (опция до 32 Гбайт). Компьютер оснащен твердотельным жестким диском большой емкости (160 Гбайт, опция 500 Гбайт), на котором размещены программы обслуживания осциллографа и внешние программы. Возможна и полноценная работа с внешним компьютером.

Приборы имеют очень большой сенсорный ЖК-экран 39 см и входные сопротивления 50 Ом и 1 МОм. Полосы пропускания моделей WP 7 Zi-A составляют 1,5; 2,5; 3,5; 4; 6 ГГц. Выпускается также подобная по набору серия анализаторов последовательных данных SDA 7 Zi, имеющих расширенное программное обеспечение. Классификационные параметры приборов даны в таблице 1. Старшая модель уверенно преодолела очередной «магический» рубеж по времени нарастания в 100 пс.

Таблица 1. Классификационные параметры осциллографов WavePro (WP) 7 Zi-A и SDA 7 Zi-A

Модель

Полоса, ГГц

Время нарастания, пс

Частота дискретизации, ГГц

Память*, Мбайт

WavePro 715 Zi-A

1,5

234

10/20**

20/40

WavePro 725 Zi-A

2,5

150

20/40

20/40

WavePro 735 Zi-A

3,5

120

20/40

20/40

WavePro 740 Zi-A

4

105

20/40

20/40

WavePro 760 Zi-A

6

70

20/40

20/40

SDA 725 Zi-A

2,5

150

20/40

32/64

SDA 735 Zi-A

3,5

120

20/40

32/64

SDA 740 Zi-A

4

105

20/40

32/64

SDA 760 Zi-A

6

70

20/40

32/64

Примечание. * У всех приборов есть опция увеличения объема памяти до 256 Мбайт.

** Опция увеличения частоты дискретизации путем объединения каналов.

Основные характеристики приборов:

  • Количество аналоговых каналов: 4.
  • Переключаемые входы: 50 Ом и 1 МОм во всех моделях.
  • Два типа входов: ProBus до 3,5 ГГц (50 Ом) и до 500 МГц (1 МОм), ProLink (в моделях с полосой 4/6 ГГц) — полная полоса (50 Ом).
  • Максимальная частота дискретизации на каждый канал 20 ГГц (при объединении каналов — 40 ГГц).
  • Объем памяти на канал 20 Мбайт (40 Мбайт при объединении каналов), 32 Мбайт для серии SDA анализаторов последовательных данных (64 Мбайт при объединении); опция до 256 Мбайт.
  • Потоковая технология X‑Stream II обеспечивает обработку больших массивов данных до 100 раз быстрее, чем у приборов других производителей.
  • Скорость захвата: до 750 000 осцил./с для детального воспроизведения сигнала.
  • Скорость передачи данных от осциллографа к внешнему компьютеру: до 325 Мбайт/с.
  • Инновационный режим TriggerScan позволяет максимально быстро обнаруживать и осуществлять запуск по различным условиям.
  • Задание условий поиска и детальный анализ аномалий с помощью инструмента WaveScan.
  • Базовый пакет анализа джиттера, опциональное расширение функций анализа джиттера, шума и перекрестных помех (для SDA стандарт).
  • Синхронизация и декодирование 37 последовательных протоколов (опция).
  • Запуск по высокоскоростным (до 3,125 Гбит/с) последовательным протоколам (WP опция, SDA стандарт).
  • Опция для анализа логических состояний.
  • Тестирование интерфейсов на соответствие стандартам (опция).
  • Поддержка всех видов пробников: пассивных, активных, дифференциальных, высоковольтных, токовых, логических.
  • Цветной сенсорный ЖКИ 15,3‑дюймовый (39 см по диагонали, 16×9).
  • Встроенный ПК на процессоре Intel Core 2 Quad 2,6 ГГц (или выше), ОЗУ 8 Гбайт, ОС Windows 7 Pro (64 бит).
  • Габариты: 355×467×289 мм.
  • Масса: 18,4 кг.

Конструкторы славно потрудились над дизайном и пользовательским интерфейсом осциллографов. Вместо набившего оскомину светло-серого цвета приборы (и их передняя панель) имеют строгий черный цвет, а панель управления выполнена в стиле панели управления самолетом. А вот и изюминка, присущая только старшим сериям осциллографов LeCroy, — съемная панель управления осциллографом (рис. 3).

Снятие панели управления прибором

Рис. 3. Снятие панели управления прибором

Сама панель управления показана на рис. 4. Расположение органов управления тщательно продумано, и их число сокращено до минимума с сохранением удобства работы. Панель разбита по функциональному признаку на ряд зон с органами управления (многофункциональными кнопками и поворотными ручками в каждой).

Панель управления осциллографом WavePro 7 Zi-A

Рис. 4. Панель управления осциллографом WavePro 7 Zi-A

Поворотные ручки снабжены переключателем, срабатывающим при нажатии на ручку: при этом устанавливается соответствующий параметр по умолчанию, например нулевое смещение для ручки смещения по вертикали. Некоторые кнопки имеют цветовую окраску — так, кнопки включения/выключения каналов окрашены в цвета осциллограмм каналов.

 

Подключение пробника логических сигналов

К осциллографу можно подключить пробник MS‑250 или MS‑500 для логических сигналов — на 18 или 36 логических каналов, рабочая полоса 250 или 500 МГц (рис. 5). Это превращает осциллограф в мультисигнальный и позволяет тестировать параллельные шины передачи данных, логические и цифровые устройства.

Подключенный к осциллографу пробник логических сигналов

Рис. 5. Подключенный к осциллографу пробник логических сигналов

 

Снятие осциллограмм

Часто, тестируя печатную плату или какое-либо электронное устройство, пользователь был вынужден отвлекаться от объектов тестирования и переносить внимание на стоящий вдалеке осциллограф, осуществляя его ручную настройку. Теперь съемную панель управления, подключаемую к осциллографу соединительным USB-кабелем, можно поместить рядом с тестируемым объектом и настроить его, не отвлекаясь от работы (рис. 6).

Тестирование печатной платы осциллографом WavePro 7 Zi-A

Рис. 6. Тестирование печатной платы осциллографом WavePro 7 Zi-A

Правила работы с WM 7 Zi-А ничем не отличаются от описанных в обзоре [1] по работе с осциллографами HDO4000R/6000R. Примеры применения, приведенные в обзоре, актуальны и для осциллографов WM 7 Zi-A. Разумеется, существенно возрастает диапазон частот исследуемых сигналов. Далее предложено несколько новых примеров, наглядно иллюстрирующих работу с приборами.

На рис. 7 показаны две обычные осциллограммы синусоидальных сигналов, сдвинутых по фазе, в режиме YT (обычная развертка во времени). А справа показано окно в режиме XY (один сигнал подан на ось X, а другой на ось Y). В результате получается фигура Листажу — окружность. Если сигналы имеют кратность частот 2, получается фигура, похожая на 8 или , и т. д. При нестрогой кратности частот фигуры вращаются.

Осциллограммы двух синусоид и фигура Лиссажу — окружность в режиме работы XY

Рис. 7. Осциллограммы двух синусоид и фигура Лиссажу — окружность в режиме работы XY

Малый участок осциллограммы (он подсвечен) можно развернуть на весь экран (режим Zoom, или «электронной лупы времени»). Это наглядно иллюстрирует рис. 8, на котором подсвеченный участок выделяется с помощью функции TriggerScan для поиска в длинной осциллограмме всех аномалий и просмотра заданной аномалии.

Пример обнаружения аномалии с помощью режимов Zoom и TriggerScan

Рис. 8. Пример обнаружения аномалии с помощью режимов Zoom и TriggerScan

Другой пример применения функции Zoom дан на рис. 9. Он демонстрирует проведение математической операции над зависимостью от трех параметров автоматических измерений P1, P2 и P3 (возможность, предусмотренная далеко не у всех цифровых осциллографов).

Просмотр малой части осциллограммы с помощью режима Zoom

Рис. 9. Просмотр малой части осциллограммы с помощью режима Zoom

Прибор проводит непрерывные измерения ряда статистических параметров осциллограмм. При желании данные статистики можно вывести в дескрипторы осциллограмм и построить по ним микрогистограммы внутри дескрипторов или в полном размере в отдельных окнах. Последний случай иллюстрирует рис. 10.

Осциллограмма, ее гистограммы и результаты статистики

Рис. 10. Осциллограмма, ее гистограммы и результаты статистики

 

Контроль джиттера

Естественно, что у высокоскоростных осциллографов значительное внимание уделено временной и амплитудной нестабильности сигналов — джиттеру. Джиттер непременно присутствует во всех сигналах и имеет разную природу возникновения. На рис. 11 показана диаграмма различных компонент джиттера. Осциллографы серии WM 7 Zi-А (и последующие серии сверхскоростных приборов LeCroy) способны распознавать и выделять различные компоненты джиттера и учитывать их при анализе.

Основные типы джиттера

Рис. 11. Основные типы джиттера

Для анализа джиттера используются специальные программы, поставляемые в виде опций. Они имеют свое окно (рис. 12), свой простой и наглядный интерфейс. Программы позволяют оценить джиттер для заданной части осциллограмм, построить его зависимости от времени или иного параметра и гистограммы распределения.

Анализ джиттера

Рис. 12. Анализ джиттера

 

Работа с MATLAB и сегментами

Очень мощные возможности по анализу и обработке сигналов имеют современные системы компьютерной математики, например Mathcad или матричная система MATLAB [4]. Порой в этом они значительно превосходят средства, реализованные в осциллографах. В осциллографы LeCroy введена возможность записи этих систем на жесткий диск и совместного применения со средствами самих осциллографов для обработки сигналов, моделирования фильтров (рис. 13) и различных электронных устройств.

Пример работы с опцией матричной системы компьютерной математики MATLAB

Рис. 13. Пример работы с опцией матричной системы компьютерной математики MATLAB

Очень важное значение имеет механизм сегментации осциллограмм. В этом режиме в память записывается не осциллограмма целиком, а отдельные ее участки — сегменты (рис. 14), содержащие только полезную информацию. Поэтому режим сегментации оптимизирует использование памяти прибора.

Сегментирование осциллограммы

Рис. 14. Сегментирование осциллограммы

Сегменты можно быстро просматривать (рис. 15).

Пример осциллограммы с просмотром сегментов

Рис. 15. Пример осциллограммы с просмотром сегментов

 

Автоматические измерения и математика

Возможности осциллографов многократно возрастают благодаря введению автоматических измерений. Они, по существу, превращают осциллограф в мощную многофункциональную лабораторию, заменяющую множество измерительных приборов. Выбор измерений (свыше 50 типов) у осциллографов серии WavePro 7 Zi-A выполняется из окна, показанного на рис. 16. Оно содержит вкладки, в которых автоматические измерения функционально сгруппированы — горизонтальные (временные), вертикальные (амплитудные), импульсные и т. д. Каждое измерение создает свой дескриптор, чья активизация открывает панель настройки автоматических измерений.

Окно выбора инструментов для проведения автоматических измерений

Рис. 16. Окно выбора инструментов для проведения автоматических измерений

На рис. 17 показаны примеры горизонтальных автоматических измерений, а на рис. 18 — вертикальных автоматических измерений. Они дополняются графической иллюстрацией измерений и выводом линий уровней, на которых проводятся измерения. Это делает измерения наглядными. Внизу показаны дескрипторы измерений.

Примеры горизонтальных (временных) автоматических измерений

Рис. 17. Примеры горизонтальных (временных) автоматических измерений

Примеры вертикальных (амплитудных) автоматических измерений

Рис. 18. Примеры вертикальных (амплитудных) автоматических измерений

В таком же стиле организованы инструменты для проведения математических операций над сигналами и результатами автоматического измерения их параметров. На рис. 19 показано окно выбора инструментов для математических операций с параметрами автоматических измерений.

Окно выбора инструментов для математических операций с параметрами автоматических измерений

Рис. 19. Окно выбора инструментов для математических операций с параметрами автоматических измерений

Возможны математические операции с сигналами двух каналов, например арифметические. Но еще больше операций предусмотрено над сигналами одного канала или иными зависимостями от одного параметра. Это и вычисление элементарных функций, и операции высшей математики, такие как быстрое комплексное преобразование Фурье (с использованием до 50 млн отсчетов), дифференцирование и интегрирование. Одно из окон выбора таких операций показано на рис. 20.

Окно выбора основных математических операций

Рис. 20. Окно выбора основных математических операций

 

Спектральный анализ

Опция спектрального анализа в приборах имеет функции измерения спектральной плотности, реальной и мнимой частей сигнала, амплитуды, фазы и т. д. Опция SPECTRUM включает в себя настройки управления, которые подобны основным настройкам анализатора спектра, таким, как установка центральной частоты, полосы обзора (или начальной и конечной частоты) и полосы частот разрешения RBW (рис. 21). Эта опция встроена в приборы HDO6000R и описана в [1].

Спектральное представление сигнала (опция SPECTRUM)

Рис. 21. Спектральное представление сигнала (опция SPECTRUM)

Уникальная функция поиска пиков обнаруживает спектральные составляющие, отображает частоты компонентов и измеряет их уровень с отображением в интерактивной таблице (рис. 21). Обновленный режим «Спектрограмма» позволяет обнаруживать изменения в спектре с течением времени (2D/3D-визуализация).

 

Работа с внешними дисплеями

Осциллографы серии WavePro 7 Zi-A могут использоваться с дополнительным внешним дисплеем, который устанавливается сверху блока осциллографа. По сравнению с экраном осциллографов HDO4000R/6000R площадь просмотра осциллограмм и других данных увеличена втрое, что дает возможность в деталях рассматривать сложнейшие процессы.

Все высокоскоростные осциллографы являются 8‑разрядными. Для повышения четкости осциллограмм предусмотрены методы сужения полосы частот и усреднения осциллограмм. Особый метод основан на применении эквивалентной дискретизации, что поясняет рис. 22. Как нетрудно заметить, он позволяет увеличить число отсчетов у наблюдаемого сигнала, который, однако, не может быть однократным. Эти методы, к сожалению, уменьшают скорость вывода осциллограмм по сравнению с аппаратной реализацией повышенной разрядности.

Метод эквивалентной дискретизации повторяющегося сигнала

Рис. 22. Метод эквивалентной дискретизации повторяющегося сигнала

Увеличение общей площади экранов позволяет разместить на них большее число окон с различным оформлением (рис. 23) и поместить в нем осциллограммы и диаграммы различного типа. Этому способствует и высокая разрешающая способность экранов основного и дополнительного дисплеев. Внешний вид осциллографа с двумя дисплеями показан на рис. 24.

Окно выбора типа дисплея

Рис. 23. Окно выбора типа дисплея

Внешний вид осциллографа WavePro 7 Zi-A с дополнительным дисплеем

Рис. 24. Внешний вид осциллографа WavePro 7 Zi-A с дополнительным дисплеем

Как уже отмечалось, одной из основных функций современных осциллографов является тестирование высокоскоростных последовательных шин и интерфейсов, выполненных по различным стандартам. Основные стандарты с указанием скорости передачи данных и требуемой полосы частот канала передачи данных представлены в таблице 2 [5]. Там же указана рекомендуемая модель осциллографа/анализатора серии 7 Zi-A для тестирования последовательной шины заданного стандарта.

На рис. 25 показан экран осциллографа при анализе последовательной шины высокоскоростных данных. Представлен спектр и временная диаграмма джиттера данных, его статистика и глазковая диаграмма с результатами автоматических измерений ряда параметров. Обилие и насыщенность графиков делает желательным размещение части информации на экране дополнительного дисплея.

Анализ шины последовательных данных

Рис. 25. Анализ шины последовательных данных

Таблица 2. Рекомендуемый тип осциллографа для тестирования последовательных шин различного типа

Стандарт

Скорость

Полоса, Гц

Рекомендуемая модель

Ethernet

250 Мбит/с

1

WavePro 715 Zi-A или выше

USB

480 Мбит/с

2

WavePro 725 Zi-A или выше

Fibre Channel

531,25 Мбит/с

1,5

SDA 725 Zi-A или выше

IEEE 1394b FireWire

786,43 Мбит/с

2

SDA 725 Zi-A или выше

Rapid I/O LP-LVDS

1 Гбит/с

2,5

SDA 725Zi-A или выше

Fibre Channel

1,0625 Гбит/с

2,5

SDA 725 Zi-A или выше

IOF 1

1,24416 Гбит/с

3,5

SDA 735 Zi-A или выше

Ethernet

1,25 Гбит/с

3,5

SDA 735 Zi-A или выше

Rapid I/O LP-LVDS

1,25 Гбит/с

3,5

SDA 735 Zi-A или выше

Rapid I/O LP-LVDS

1,5 Гбит/с

4

SDA 740Zi-A или выше

MIPI D-PHY

800 Мбит/с

4

SDA 740 Zi-A или выше

SAS

1,5 Гбит/с

4

SDA 740 Zi-A или выше

SerialATA

1,5729 Гбит/с

4

SDA 740Zi-A или выше

IEEE 1394b FireWire

1,65 Гбит/с

4

SDA 740 Zi-A или выше

HDMI 1.2a / DVI

2 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

Rapid I/O LP-LVDS

2,125 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

Fibre Channel

2,5 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

InfiniBand

2,5 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

PCI Express

2,5 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

Rapid I/O LP-LVDS

2,5 Гбит/с

6

SDA 760 Zi-A

 

Широкий выбор пробников

Подключение осциллографов к тестируемым устройствам осуществляется с помощью пробников. Приборы серии WavePro 7 Zi-A позволяют использовать около 30 типов пробников: пассивных, активных, высоковольтных, токовых, дифференциальных и т. д. Пробники имеют достаточную комплектацию. Некоторые из них показаны на рис. 26.

Типовые пробники для осциллографов серии WavePro 7 Zi-A

Рис. 26. Типовые пробники для осциллографов серии WavePro 7 Zi-A:
а) активные высокочастотные пробники ZS;
б) пассивные высоковольтные пробники PPE;
в) активные дифференциальные пробники серии AP

 

Заключение

Осциллографы серии WavePro 7 Zi-A — одни из лучших приборов в мире, сочетающих приемлемую для широкополосных приборов стоимость с полосой частот до 6 ГГц. Приборы служат основой для рабочих мест по исследованию и тестированию сверхскоростных электронных устройств [3], технологий и компонентов.

Литература
  1. Дьяконов В. Осциллографы высокого разрешения Teledyne LeCroy и их возможности // Современная электроника. 2014. № 2.
  2. Дьяконов В. Как потратить миллион рублей на покупку цифрового осциллографа и что из этого выйдет? // Компоненты и технологии. 2013. № 12.
  3. Дьяконов В. П. Сверхскоростная твердотельная электроника. Том 1 и 2. М.: ДМК-Пресс, 2013.
  4. Дьяконов В. П. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров. М.: ДМК-Пресс, 2011.
  5. LeCroyWavePro 7 Zi-A. Серия из 9 моделей с полосами пропускания 1,5 ГГц; 2,5 ГГц; 3,5 ГГц; 4 ГГц; 6 ГГц. ООО «ЛеКрой Рус», 2013. lecroy-rus.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *