Бюджетные модели компании Tektronix

Введение

Американская корпорация Tektronix, Inc. [1], основанная в 1946 году, является одним из мировых лидеров в разработке и производстве измерительных приборов высокого качества. Расположенная в штате Орегон (США), она имеет отделения и представительства в 19 странах Европы, Южной Америки и Азии. Tektronix выпускает ряд серий цифровых измерительных приборов высокого класса — от массовых осциллографов до сверхскоростных и СВЧ-анализаторов сигналов и генераторов сигналов произвольной формы. По данным компании, пользователи во всем мире отдают предпочтение восьми осциллографам Tektronix из каждого десятка (рис. 1).

Рис. 1. Популярная во всем мире аппаратура Tektronix на рабочем столе

В последние годы резко обострилась конкуренция между разработчиками дешевого, так называемого бюджетного, измерительного оборудования. Тут особенно преуспел ближайший соперник Tektronix — компания Agilent Technologies и ряд японских, китайских и южнокорейских фирм, например китайская компания Rigol [2, 3]. Стоимость их дешевой продукции порой была в 2–3 раза меньше, чем у подобной по назначению продукции Tektronix, при вполне сопоставимых технических характеристиках.

Нельзя сказать, что Tektronix не учитывала этот фактор. В ноябре 2007 года компания вошла в корпорацию Danaher, которая стала стратегическим инвестором Tektronix. За последнюю пару лет Tektronix создала три серии осциллографов с умеренной стоимостью, первые в мире многодоменные осциллографы смешанных сигналов со встроенным анализатором спектра (серия MDO4000), расширила серию популярных цифровых генераторов AFG3000, выпустила настольные мультиметры и две серии лабораторных линейных источников электропитания.

Но вот осенью 2012 года корпорация Tektronix «спустилась с небес на землю» и показала, что она намерена прочно закрепиться на рынке бюджетных измерительных приборов не только для крупных отраслей, но и для тех, что просто нуждаются в рабочих местах. 16 октября 2012 года Tektronix представила общественности серию недорогих осциллографов MSO/DPO2000B, дающую доступ к заметно расширенным функциям отладки электронных устройств и систем большинству инженеров, преподавателей университетов и студентов во всех странах мира, включая и Россию. Приборы могут стать основой рабочих мест проектировщиков и наладчиков аппаратуры, а также основой для современных лабораторных работ по компонентам и изделиям электронной промышленности и схемотехники.

Были представлены 12 моделей осциллографов серии DPO/MSO2000B с полосой частот от 0 до 70–200 МГц. Именно такие осциллографы находят массовое применение и пользуются повышенным спросом. Имея внушительную память осциллограмм в 1 млн точек, эти осциллографы упрощают поиск событий в длинных записях с помощью инновационной панели управления Wave Inspector, которая обеспечивает ручной или автоматический поиск особенностей в осциллограммах при очень удобном управлении сдвоенной ручкой.

Учитывая тенденцию широкого применения последовательных шин, разработчики новой серии осциллографов предоставили пользователям функции декодирования, запуска и поиска данных для различных шин с применением специальных миниатюрных программных модулей. Они сменные, что позволяет пользователю выбрать нужные модули и не платить за те средства, которые ему не нужны. Приборы имеют стоимость на 50% меньшую, чем у предшествующих популярных моделей этой серии. Кроме того, стоимость добавления 16 цифровых каналов стала меньше, чем ранее, а эксплуатационные расходы дополнительно снижены за счет предоставления 5‑летней гарантии.

Осциллографы Tektronix серии TBS1000

Самыми дешевыми являются осциллографы новой серии TBS1000B (табл. 1). Все приборы этой серии — двухканальные, с цветным 5,7‑дюймовым TFT-дисплеем, памятью осциллограмм 2,5 кбайт при 8‑битовом разрешении и чувствительности по вертикали от 2 мВ/дел. до 5 В/дел. Скорость развертки — от 5 нс/дел. до 50 с/дел. Приборы предназначены для просмотра формы не очень сложных сигналов, то есть традиционной задачи осциллографирования.

Эти модели отличаются высокой частотой дискретизации, которая на порядок и более превышает верхнюю частоту исследуемых сигналов. Это позволяет наблюдать короткие импульсы в реальном масштабе времени. Приборы имеют курсорные измерения и 11 типов автоматических измерений. Предусмотрен режим быстрого преобразования Фурье (БПФ) для построения спектра сигналов.

На рис. 2 показан внешний вид бюджетного двухканального осциллографа TBS1022 корпорации Tektronix. Стоимость этих приборов составляет от $520 для младшей модели до $1520 — для старшей. Таким образом, эти приборы вполне доступны для небольших мастерских и даже радиолюбителей.

Рис. 2. Внешний вид бюджетного двухканального осциллографа TBS1022: а) передняя панель;
б) вид слева;
в) вид справа;
г) задняя панель

Видно, что модели имеют небольшую толщину (рис. 2б, в) и занимают мало места на рабочем столе. Это важно при организации небольших рабочих мест. Габаритные размеры осциллографов — 326×154×124 см, вес — 2 кг. ЖКИ монохромный дисплей в 1/4 VGA-дисплея имеет регулируемую контрастность и инверсию. Предусмотрена и установка послесвечения: «отсутствует», 1, 2, 5 с и «бесконечность». Режимы работы дисплея — YT и XY, что позволяет наблюдать параметрические фигуры при подаче сигналов на входы X и Y.

На задней панели прибора (рис. 2г) расположены гнезда для защитного стального тросика, разъем универсальной последовательной шины USB для внешних устройств и разъем для кабеля питания осциллографа от сети переменного тока. Еще один разъем для USB-модулей флэш-памяти расположен на передней панели.

Специально для учреждений образования, которые часто работают в условиях слабого финансирования, были созданы удешевленные двухканальные осциллографы TDS1000C-EDU (рис. 3), также с цветным дисплеем. Они имеют частоту дискретизации 500 МГц при полосе частот от 0 до 40, 60 и 100 МГц (три модели в серии), это позволяет проводить с их помощью вполне современные лабораторные практикумы в университетах и на курсах повышения квалификации работников электронной отрасли.

Рис. 3. Внешний вид бюджетного двухканального осциллографа TDS1012 EDU

Осциллографы TDS1000/2000C не рассчитаны на просмотр сложных и длинных сигналов. Память осциллограмм у них всего 2500 точек при разрядности приборов 8 бит, минимальная длительность развертки — 2,5 или 5 нс/дел.

Модернизирована и ранее выпущенная серия осциллографов TDS2000B — теперь это серия бюджетных осциллографов TDS2000C (табл. 2).Выпускаются 2‑ и 4‑канальные модели этих приборов с полосой частот от 0 до 50–200 МГц.

Внешний вид 4‑канального осциллографа этой серии приведен на рис. 4: он мало отличается от приборов старой серии TDS2000B.

Рис. 4. Внешний вид бюджетного двухканального осциллографа TDS2024C

Для уменьшения влияния эффектов дискретизации ее частота минимум на порядок выше максимальной частоты наблюдаемого сигнала. Это позволяет наблюдать короткие импульсы в реальном масштабе времени (рис. 5а).

Рис. 5. Осциллограммы:
а) короткого импульса;
б) пример построения спектра;
в) получение осциллограмм двух каналов и пример курсорных измерений

Приборы имеют ряд автоматических измерений, включая БПФ для построения спектра наблюдаемого сигнала. Это позволяет обойтись без анализатора спектра, а на низких частотах даже получить более правильный спектр, чем дает большинство дорогих радио-частотных анализаторов спектра с нижней граничной частотой 9 кГц и выше. Пример построения спектра сигнала дан на рис. 5б (спектр выделен красным цветом).

На рис. 5в показано получение двух осциллограмм и проведение измерений с помощью вертикальных курсоров. Можно использовать и горизонтальные курсоры, а также до 16 автоматических измерений.

Осциллографы Tektronix DPO/MSO2000

Новейшая серия осциллографов Tektronix (представлена в октябре 2012 года) содержит как обычные запоминающие осциллографы с цифровым люминофором (DPO), так и осциллографы смешанных сигналов (MSO) со встроенным 16‑канальным логическим анализатором (табл. 3) [5]. Первые три модели можно вполне отнести к бюджетным, остальные скорее являются переходными к осциллографам более высокого класса и с более высокими частотами.

Осциллографы серии MSO/DPO2000B имеют широкоэкранный 7‑дюймовый цветной дисплей, частоту дискретизации 1 Гвыб./с по всем каналам и гибкий интерфейс пробников TekVPI. Внешний вид приборов (рис. 6) существенно изменился: в центре передней панели расположен фирменный инструмент Wave Inspector, впервые введенный в осциллографы DPO/MSO4000, а затем и в DPO/MSO3000.

Рис. 6. Осциллограф смешанных сигналов Tektronix MSO2024B

Экран дисплея у этого осциллографа увеличенных размеров, что позволяет отчетливо просматривать как осциллограммы аналоговых сигналов, так и диаграммы множества логических сигналов. Например, на рис. 7а представлена осциллограмма одного аналогового сигнала и восьми цифровых сигналов.

Рис. 7. Примеры осциллограмм на экране Tektronix MSO2024B:
а) одного аналогового сигнала и восьми цифровых сигналов;
б) фронт 10 МГц сигнала и восьми логических сигналов;
в) аналоговый сигнал и его спектр, полученный БПФ;
г) фиксация аномалий сигналов;
д) анализ последовательной шины CAN с применением программного модуля

С помощью этого осциллографа удобно наблюдать фронты импульсных сигналов. На рис. 7б показан фронт 10‑МГц сигнала и восьми логических сигналов. Зона их временной нестабильности фронтов отмечена серыми прямоугольниками.

Как и все осциллографы Tektronix, DPO/MSO2000B имеют функцию быстрого преобразования Фурье, позволяющую строить спектр не очень высокочастотных сигналов. Спектр можно строить одновременно с наблюдением осциллограммы исходного сигнала (рис. 7в).

Прибор оснащен специальной 3D-памятью осциллограмм, именуемой «цифровым фосфором», или «цифровым люминофором». Она позволяет наблюдать множество нестабильных осциллограмм и фиксировать их аномалии за счет имитации послесвечения люминофора (персистенции) (рис. 7г). Предусмотрено различное время послесвечения осциллограмм.

DPO/MSO2000B относятся к приборам с закрытой архитектурой, которые имеют встроенный микропроцессор и его микропрограм-мное обеспечение, хранящееся во внутренней флэш-памяти осциллографа. Его можно менять с помощью сменных внешних модулей флэш-памяти, в том числе скачивая микропрограммное обеспечение из Интернета.

Для расширения функциональных возможностей приборов предусмотрены специальные миниатюрные сменные программные модули, которые вставляются в специальный отсек, расположенный в верхнем правом углу передней панели. Карты существенно меняют вид изображения на экране. На рис. 7д виден экран, на котором показано тестирование последовательной шины типа CAN с применением такого модуля. Поставляются модули анализа последовательных шин, источников электропитания, аудио- и видеоустройств и т. д.

Портативные осциллографы Tektronix

В разработке портативных осциллографов с автономным питанием и гальванически развязанными аналоговыми входами давно лидирует партнер Tektronix — корпорация Fluke, также входящая в Danaher. Она выпускает обширную номенклатуру портативных приборов (мультиметров, токовых клещей, осциллографов‑скопметров, калибраторов, тепловизоров и т. д.) в ударопрочных корпусах для применения в промышленности и полевых условиях. Но корпорация Tektronix решила выпустить на рынок и свою серию таких «ручных» приборов — осциллографов THS3000 (рис. 8).

Рис. 8. Внешний вид портативного осциллографа Tektronix THS3000

Их основные параметры указаны в таблице 4.

Осциллографы выполняют функции самописца и регистратора с числом точек регистрируемого процесса 30 000, что втрое больше, чем у обычных осциллограмм. Частота дискретизации — 5 Гвыб./с (1,25 Гвыб./с на канал), чувствительность по вертикали — от 2 мВ/дел. до 100 В/дел., коэффициент развертки — от 2 нс/дел. до 4 с/дел. Осуществляется запуск по фронту импульса, событию, видеосигналу. Приборы имеют цветной дисплей размером 15,3 см по диагонали. Есть интерфейсы USB-host, USB-device и встроенный Li-Ion аккумулятор для автономного питания. Размеры прибора — 265×190×70 мм, вес — 2,2 кг с Travel kit (TK). На модели серии THS3000 дается трехгодичная гарантия.

При применении таких осциллографов особое значение имеет как гальваническая изоляция аналоговых входов и USB-разъема от общей электронной части прибора, так и общая изоляция их от заземленного корпуса. Все это направлено на предотвращение удара пользователя, держащего в руке прибор, при наличии большого синфазного напряжения: осциллограф должен реагировать только на противофазное напряжение (рис. 9).

Рис. 9. Подключение осциллографа с гальванической развязкой к точкам исследуемой цепи

Локальная гальваническая развязка входов и USB-разъема достигается специальными модулями оптронной развязки. Они установлены в специальных вырезах изолирующей области (рамки) прибора (рис. 10). Это обеспечивает максимальную безопасность пользователя при работе с осциллографом в сложных производственных или полевых условиях и даже при его ремонте.

Рис. 10. Расположение модулей изоляции входов и USB-разъема

Экран переносных осциллографов цветной и имеет типичное для портативных приборов разрешение — 320×240 пикселей. Это позволяет наблюдать на нем цветные осциллограммы (рис. 11а). Правда, их дискретность видна отчетливо, что указывает на невысокое разрешение экрана.

Рис. 11. Осциллограммы:
а) четыре сигнала;
б) при проведении измерений;
в) контроль по маске

Приборы имеют 21 вид курсорных и автоматических измерений, то есть по этому показателю они не уступают настольным моделям с такой же полосой исследуемых сигналов (рис. 11б). Автоматические измерения превращают миниатюрный прибор в целую измерительную систему с широкими функциональными возможностями.

Возможно проведение и простых измерений по маске. Она может быть создана перемещением опорных осциллограмм. Прибор фиксирует остановкой и сигналом момент, когда текущая осциллограмма выходит из маски (рис. 11в).

Рис. 12. Применение программы OpenChoice Desktop

Особое значение имеет связь портативных осциллографов с компьютерами. Для этого приборы оснащены USB-разъемом Host Device. Связь с компьютером и передачу в него данных осциллограмм обеспечивает программа OpenChoice Desktop (рис. 12). Она же позволяет наблюдать осциллограммы на большом экране дисплея компьютера. Возможно применение и других систем компьютерной математики — Exel, Mathcad и MATLAB. Это заметно расширяет возможности осциллографов.

Бюджетные функциональные генераторы AFG2021

Tektronix первой освоила выпуск массовых цифровых функциональных генераторов с прямым цифровым синтезом стандартных сигналов и произвольных функций — AFG3000. Но сейчас эти приборы считаются слишком дорогими и избыточными по основным параметрам — прежде всего по частоте повторения сигналов. Поэтому модельный ряд своих функциональных генераторов сигналов компания Tektronix пополнила новой одноканальной бюджетной моделью AFG2021 [6] (рис. 13а). Этот генератор построен с использованием технологий прямого цифрового синтеза (DDS) на основе 14‑битного ЦАП. Новый генератор имеет высокую стабильность (±1ppm) и позволяет формировать сигналы с максимальной частотой до 20 МГц (для синусоидального сигнала). Амплитуда сигналов и нижняя частота (1 мкГц) остались прежними.

Рис. 13. Внешний вид цифрового функционального генератора Tektronix AFG2021:
а) передняя панель;
б) задняя панель

Вид прибора сзади показан на рис. 13б. На задней стенке расположены отверстие вентилятора, разъем провода подключения прибора к сети, коаксиальные разъемы внешнего запуска и выхода опорного генератора и разъемы приборного интерфейса GPIP, последовательной шины USB и локальной сети LAN.

Кроме синусоидального сигнала, AFG2021 может генерировать еще 11 стандартных форм сигналов: прямоугольный, импульсный, пилообразный, шумовой, напряжения постоянного тока, sin(x)/x, функции Гаусса, функции Лоренца, нарастающей экспоненты, спадающей экспоненты и гаверсинуса.

Благодаря 14‑разрядному ЦАП новый генератор Tektronix AFG2021 может формировать простые и сложные сигналы произвольной формы с высоким разрешением по амплитуде при частоте дискретизации 250 Мвыб./с и с количеством точек от 2 до 128К. Для сохранения сигналов доступны четыре ячейки внутренней энергонезависимой памяти, каждая — объемом 128К. Сформированные сигналы могут записываться и на внешний USB-носитель. Кроме генерации стандартных сигналов и сигналов произвольной формы, новая модель может работать в режимах модуляции (АМ, ЧМ, ФМ, ЧМн, ШИМ), свипирования (качания частоты) и формирования пачек импульсов.

Прибор имеет интуитивно понятный графический интерфейс, который обеспечивает быстрый доступ к настройкам и установке параметров. В качестве устройства отображения информации используется 3,5‑дюймовый цветной TFT-экран (рис. 14), аналогичный применяемому в серии AFG3000. Для удобства пользователей на дисплее показываются соответствующие параметры в стилизованном графическом и текстовом форматах.

Рис. 14. Вид экрана генератора AFG2021

Новый генератор Tektronix AFG2021 имеет широкие возможности по синхронизации и тактированию. В нем предусмотрены вход и выход внешнего запуска, вход 10‑мегагерцового опорного генератора, а также вход для стробирования пачек импульсов. Для дистанционного управления от персонального компьютера предусмотрен USB-интерфейс, а опционально доступны интерфейсы GPIB и LAN.

Для передачи сигналов с осциллографов Tektronix можно использовать программное обеспечение ArbExpress. Оно, в частности, позволяет задавать генерацию сигналов стандартной и произвольной формы, а также сигналов, получаемых от осциллографа. При помощи этой функции реальные сигналы, захваченные с помощью осциллографа, передаются в персональный компьютер по интерфейсам USB, GPIB или LAN, где формы сигналов можно отредактировать и затем загрузить в память генератора AFG, чтобы потом применять их в качестве пользовательских. Кроме того, генератор можно использовать и в среде LabVIEW совместно с другими приборами Tektronix. Она обеспечивает около 200 функций обработки сигналов. Возможно применение и матричной математической системы MATLAB.

Настольные мультиметры корпорации Tektronix

Мультиметр — прибор для измерения многих параметров электрических цепей и приборов радиоэлектроники. Как правило, мультиметр измеряет постоянное и переменное напряжение и ток, сопротивление цепи, емкость конденсаторов, а реже — частоту и период переменного тока и другие параметры. Дешевыми мультиметрами-«мыльницами», с погрешностью измерения 1–2%, уже давно заполнены магазины для радиолюбителей.

Рис. 15. Внешний вид мультиметра серии DMM

Однако для серьезной лабораторной практики созданы гораздо более точные и надежные настольные мультиметры. Tektronix разработала и выпускает серию таких приборов (табл. 5, рис. 15).

Небольшой размер ЖК-экрана мультиметров Tektronix тем не менее позволяет получать четкое отображение в символьной форме измеряемых параметров и результатов их статистической обработки — включая графическое представление простых зависимостей и гистограмм (рис. 16).

Рис. 16. Примеры отображения на экране мультиметра серии DMM измеряемых параметров

Лабораторные источники электропитания

В настоящее время многие электронные устройства имеют автономное питание от батарей гальванических элементов или аккумуляторных батарей. Однако в условиях исследования, отладки или ремонта питание электронных устройств удобнее получать от стационарных лабораторных источников, которых промышленность ныне выпускает великое множество. Около десятка лабораторных источников вторичного электропитания линейного типа производит и корпорация Tektronix (приборы серий PWS2000 и PWS4000 [7]). Их стоимость составляет от $401–461 и до $1400 — для программируемых источников серии 4000.

Эти приборы выполнены в стандартных корпусах (рис. 17). Oни имеют плавно регулируемое выходное напряжение с максимальным значением 18 В (при токе до 5 А), 32 В (при токе до 3 А) и 72 В (при токе до 1,5 А) и др. Точность установки напряжения — 0,03 или 0,05%. Двойная амплитуда пульсаций достигает 1–5 мВ. Источники питания имеют разъем USB-device, и ими можно управлять с помощью программы NI LabVIEW SignalExpress. Габаритные размеры — 214×88×355 мм, масса — от 5,6 до 9,6 кг. Дисплей — вакуумный, люминесцентный: он дает яркое и четкое изображение.

Рис. 17. Внешний вид лабораторного источника питания корпорации Tektronix серии PWS

Источники электропитания корпорации Tektronix не имеют особых преимуществ по сравнению с моделями других фирм. Их целесообразно применять в тех случаях, когда рабочее место оборудовано другими приборами корпорации Tektronix.

Заключение

В последнее время корпорация Tektronix уделяла большое внимание разработке и производству сравнительно дешевых бюджетных измерительных приборов широкого применения. Такие приборы могут использоваться для установки на рабочих местах специалистов по исследованию, разработке и тестированию разнообразных электронных компонентов, систем и устройств в диапазоне частот до 200 МГц. При более высоких частотах рабочие места могут быть расширены с помощью более высокочастотных осциллографов, генераторов сигналов, анализаторов спектра и других приборов, также выпускаемых Tektronix и нередко лидирующих на рынке. Разумеется, можно применять модели и других фирм, но ориентация на изделия одной компании дает ряд важных преимуществ: обеспечивается унификация приборов, облегчается и удешевляется их ремонт и обслуживание, облегчается совместное применение приборов и програм-мных средств для работы с ними. Все эти достоинства проявляются при использовании измерительных приборов корпорации Tektronix.