Новейшие 8-битовые осциллографы Teledyne LeCroy с сенсорным дисплеем и умеренной стоимостью

Осциллографы серии WaveJet Touch

В новой серии 8‑битовых осциллографов WaveJet Touch есть две модели с сенсорным экраном и измененным для работы с ним пользовательским интерфейсом. Осциллографы отличаются только полосой частот аналоговых каналов (таблица) и, естественно, стоимостью. Российская компания «Прист» предлагает приборы по цене 230 000 и 272 000 руб., что в 2–3 раза дешевле, чем устройства HDO4000/6000 [8] с той же полосой частот пропускания, но 12‑битовой разрядностью.

Приборы имеют следующие особенности:

• Разрядность аналоговых каналов 8 бит.
• Время нарастания переходной характеристики 0,7 нс для приборов с полосой 500 МГц и 1 нс для полосы 350 МГц.
• Чувствительность по вертикали от 2 мВ/дел. до 1 В/дел. при входе 50 Ом и от 2 мВ/дел. до 10 В/дел. при входе 1 МОм.
• Развертка по горизонтали от 2 нс/дел. (1 нс/дел. для модели с полосой 500 МГц) до 50 с/дел.
• Скорость дискретизации до 1 Готсчетов/c (и 2 Готсчетов/с при спаривании каналов), эквивалентная 100 Готсчетов/с (для периодических сигналов).
• Длина памяти до 2,5 Мбайт (при спаривании каналов до 5 Мбайт).
• 26 автоматических измерений.
• Запись и воспроизведение предыстории.
• Функция WaveScan с возможностью наложения и построением гистограмм.
• Тестирование по маскам, допусковый контроль.
• Синхронизация по протоколам последовательных шин I²C, SPI, UART/RS‑232 в стандартной комплектации.
• Интерфейсы USB, LAN в стандартной комплектации (GPIB — опция).
• Цветной сенсорный 19‑см дисплей с VGA-разрешением (640×480 точек).
• Мультиязычный (7 языков, включая русский) пользовательский интерфейс и меню подсказки.
• Ультрабыстрый выход на рабочий режим (менее 5 с).
• Габариты 190×330×124 мм и вес 3,7 кг.
• Потребляемая от промышленной сети мощность 50 Вт.

Осциллографы выполнены в компактном и легком корпусе (рис. 1), что упрощает транспортировку прибора и увеличивает его мобильность. Быстрая скорость загрузки программной оболочки позволяет начать работу с прибором буквально за несколько секунд. От момента включения прибора до его полной готовности к проведению измерений проходит менее 5 с. Новая серия WaveJet Touch содержит ряд полезных улучшений: впервые в приборах этого класса использован сенсорный экран (рис. 2), существенно увеличен объем памяти, расширены возможности схемы синхронизации, добавлены новые математические функции и автоматические измерения, а также режимы допускового контроля и тестирования по маскам, используются интерфейсы LAN и USB в штатной комплектации, GPIB опционально.

Рис. 1. Внешний вид осциллографа серии WaveJet Touch

Рис. 2. Работа с сенсорным экраном

Лицевая панель приборов показана на рис. 3. Она содержит многие элементы интерфейса пользователя MAUI (описан ниже), но сохранились ручки изменения чувствительности и смещения по вертикали для каждого канала. Для дешевых осциллографов это оказалось удобным, хотя и нехарактерным для MAUI-интерфейса.

Рис. 3. Лицевая панель осциллографов серии WaveJet Touch

Тыльная сторона осциллографов с расположенными на ней органами управления показана на рис. 4. Здесь предусмотрены выход внешнего дисплея, гнезда универсальной последовательной шины USB и локальной сети, разъем для кабеля электропитания и место для приборного интерфейса. Подключение внешнего дисплея и компьютера (через разъем USB) расширяет возможности осциллографов.

Рис. 4. Тыльная сторона осциллографа WaveJet Touch

Для перевозки осциллографа WaveJet Touch поставляется мягкая сумка WJT-SOFTCASE (рис. 5). Она имеет небольшой вес и хорошо предохраняет осциллограф от ударов, удобна для переноски и хранения прибора.

Рис. 5. Осциллограф в «мягкой» упаковке WJT-SOFTCASE

Панель-опция WJT-RACK служит для монтажа осциллографа WJ 3xxT в 19″-шкафу-стойке — это удобно при создании сложных и многофункциональных измерительных систем, построенных на различных приборах в стандартном стоечном исполнении (рис. 6).

Рис. 6. Осциллограф WaveJet Touch в панели для монтажа в стойку

Внешняя опция логического анализатора имеет 16 входных каналов, частота дискретизации 500 МГц (до 1 ГГц в режиме объединения) (рис. 7). Для работы с логическими сигналами служит программа LogicStudio. У этого комплекса есть режимы измерения, декодирования и анализа сигналов последовательных шин I²C, UART, SPI и смешанных сигналов с тактовой частотой логических сигналов до 500 МГц, память на канал 20 кбит (до 40 кбит в режиме объединения). Обеспечена совместимость с осциллографами: LeCroy Wave Ace 1000, Wave Ace 2000, WaveJet300A, WaveJet Touch, Tektronix (TDS1000B, TDS2000B, TDS2000C, TDS3000C, DPO/MSO2000, DPO/MSO3000, DPO/MSO4000), Agilent (DSO5000A, DSO/MSO6000A, DSO/MSO7000A, DSO/MSO7000B). Интерфейс опции USB 2.0, Windows XP, Windows Vista.

Рис. 7. Подключение к осциллографу серии WaveJet Touch логического анализатора и компьютера (ноутбука)

Примеры работы с осциллографом WaveJet Touch

Осциллограф ориентирован на проведение массовых работ по отладке и измерениям. Типичный вид экрана устройства показан на рис. 8. Экран имеет довольно крупные размеры для приборов такого класса и разрешение, вполне достаточное для четкого наблюдения осциллограмм и деталей интерфейса.

Рис. 8. Вид экрана осциллографа серии WaveJet Touch

На рис. 9 представлен пример обнаружения и выделения аномалии в виде короткого импульса уменьшенной амплитуды. Многие виды аномалий позволяет обнаруживать система синхронизации и запуска развертки осциллографов, в том числе по заданным условиям.

Рис. 9. Пример выделения аномалии

Спектральный анализ у этих приборов не имеет особых изысков и реализуется методом быстрого преобразования Фурье. Пример просмотра сигнала и его спектра показан на рис. 10.

Рис. 10. Сигнал и его спектр

Приборы имеют встроенный анализатор последовательных данных для шин, использующих протоколы широко распространенных последовательных шин I²C, SPI, UART/RS‑232 (рис. 11). При этом декодирование сигналов штатно предусмотрено в составе осциллографов.

Рис. 11. Анализ последовательных данных (шины)

Для работы с осциллографом серии WaveJet Touch служат различные пробники:

• PP006A — пассивный делитель, 500 МГц, коэффициент деления 10:1, 10 МОм.
• PP0101 — пассивный делитель, 200 МГц, коэффициент деления 10:1, 10 МОм.
• AP031 — дифференциальный активный пробник 15 МГц, коэффициент деления 100:10:1, максимальное напряжение 700 В.

Пример исследования устройства на печатной плате с применением различных пробников показан на рис. 12.

Рис. 12. Исследование устройства на печатной плате осциллографом WaveJet Touch

Осциллографы серий WaveSurfer 3000

1 июля 2014 года Teledyne LeCroy представила новые осциллографы серии WaveSurfer 3000 с усовершенствованным пользовательским интерфейсом MAUI, большим сенсорным экраном и расширенными функциональными возможностями. Пользовательский интерфейс MAUI, ранее доступный только в более дорогих сериях (например, в осциллографах высокой точности HDO4000/6000 [8]), объединенный с расширенными математическими и измерительными возможностями, крупным экраном дисплея с диагональю 25,6 см, возможностью использования дополнительных программных опций и поддержкой свыше 30 типов пробников (токовых, дифференциальных, высоковольтных, имеющих интерфейс ProBus), открывает для пользователей новые границы применения в данном ценовом сегменте [8].

Серия WaveSurfer 3000 включает осциллографы с полосами пропускания от 200 МГц до 500 МГц, имеющие АЦП 8 бит с частотой дискретизации до 4 ГГц, длиной внутренней памяти 10 Мбайт/канал. Кроме стандартных функциональных возможностей, серия WaveSurfer 3000 поддерживает дополнительные программные и аппаратные опции, среди которых встроенный функциональный генератор с максимальной частотой до 25 МГц (ФГ) для формирования сигналов, 16‑канальный логический пробник, синхронизация и декодирование протоколов последовательной передачи данных, расширение полосы пропускания.

Основные характеристики осциллографов WaveSurfer 3000 (рис. 13):

• WS3022 — 200 МГц, 4 ГГц, 2 канала, 10 Мбайт/канал, широкоформатный цветной сенсорный экран с диагональю 25,6 см.
• WS3024 — 200 МГц, 4 ГГц, 4 канала, 10 Мбайт/канал, широкоформатный цветной сенсорный экран с диагональю 25,6 см.
• WS3034 — 350 МГц, 4 ГГц, 4 канала, 10 Мбайт/канал, широкоформатный цветной сенсорный экран с диагональю 25,6 см.
• WS3054 — 500 МГц, 4 ГГц, 4 канала, 10 Мбайт/канал, широкоформатный цветной сенсорный экран с диагональю 25,6 см.

Рис. 13. Осциллограф WaveSurfer 3000 с пользовательским интерфейсом MAUI

Цифровые осциллографы WaveSurfer 3000 имеют следующие особенности:

• Разрешение АЦП аналоговых каналов: 8 бит.
• Время нарастания переходной характеристики: 1,75 нс при полосе 200 МГц, 1 нс при полосе 350 МГц и 0,8 нс при полосе 500 МГц.
• Эквивалентная частота дискретизации при периодических сигналах: 50 ГГц.
• Чувствительность по вертикали от 1 мВ/дел. до 1 В/дел. при входе 50 Ом и 1 мВ/дел. до 10 В/дел. при входе 1 МОм.
• Развертка по горизонтали от 2 нс/дел. (1 нс/дел. для модели с полосой 500 МГц) до 50 с/дел.
• Режим WaveScan: поиск аномалий в длинной записи по 20 условиям.
• Высокая скорость обновления экрана (до 130 000 осциллограмм/с).
• Число осциллограмм для функции History от 2 максимум до 256 000.
• Авто- и курсорные измерения, расширенные функции математического анализа.
• Опции синхронизации и декодирования сигналов шин I²C, SPI, UART/RS‑232.
• Опциональный функциональный генератор c частотой до 25 МГц.
• Возможность интеграции с математическими пакетами MathCad, MatLab, Excel.
• Приложение LabNotebook для создания отчетов и документирования результатов.
• Логический анализатор 16 цифровых каналов (опция).
• Большой цветной сенсорный ЖКИ (25,6 см по диагонали, разрешение 1024×600 точек) (рис. 14).
• Габариты 220×350×145 мм и вес 4,81 кг.
• Потребляемая от промышленной сети мощность: типовая 100 Вт, максимальная 150 Вт.
• Цена прибора: 173 000 и 370 000 руб. (в компании «Прист»).

Рис. 14. Работа с сенсорным экраном

Новейший интерфейс MAUI

Расширить функционал осциллографа можно путем установки дополнительных опций, таких как функциональный генератор или логический анализатор. Но установка дополнительных опций в прибор способна затруднить работу и сделать интерфейс управления менее удобным. Пользовательский интерфейс обычных осциллографов достаточно сложен, содержит множество регуляторов, кнопок, функциональных клавиш, позиций подменю и т. д., которые могут запутать даже опытного пользователя.

MAUI (рис. 15) — это наиболее передовой усовершенствованный пользовательский интерфейс для цифровых осциллографов с максимальной поддержкой технологии сенсорного управления. Все измерительные возможности — на кончиках ваших пальцев; все основные элементы управления осциллографа доступны через интуитивно понятный сенсорный экран.

Рис. 15. Логотип нового интерфейса MAUI

MAUI позволяет избавиться от множества кнопок и регуляторов, обеспечивает простой и понятный интерфейс, специально созданный для удобного сенсорного управления, облегчения и ускорения, без ущерба измерительным возможностям. Все необходимые средства для управления вертикальной, горизонтальной разверткой и синхронизацией доступны в одно касание. Прикоснитесь к форме сигнала для перемещения, выделите область масштабирования для детального изучения, установите курсоры в любое место, настройте автоматические измерения — и взаимодействуйте с таблицами простым касанием экрана.

Сочетание высокой скорости обновления экрана (до 130 000 осциллограмм/с) и режима аналогового послесвечения (персистенцией) обеспечивает легкость обнаружения и фиксации редких и быстрых аномалий осциллограмм и различных «глюков» (рис. 16). Время персистенции можно установить нулевым, заданным или бесконечным.

Рис. 16. Экран с осциллограммой нестабильного импульса

Общий вид экрана показан на рис. 17. Наряду с осциллограммами (A) можно вывести таблицу автоматических измерений и их статистики (B), данные используемой пиктограммы (C) и панель установок выбранного режима работы (D).

Рис. 17. Общий вид экрана

Выделенный участок осциллограммы или ее сегмент можно наблюдать в растянутом виде с выводом таблицы номеров сегментов (рис. 18).

Рис. 18. Растяжка выбранного сегмента

Функция History (просмотр ранее собранных данных) вместе со встроенным инструментом WaveScan, предназначенным для поиска и анализа особенностей сигналов, делает осциллографы серии WaveSurfer 3000 незаменимым прибором для обнаружения аномалий и отладки сложных электротехнических и электронных устройств. При этом анализ множества осциллограмм можно проводить уже после их накопления в спокойной обстановке (рис. 19). Широкий набор средств синхронизации позволяет обнаружить проблему в тестируемых устройствах, выделить ее для дальнейшего анализа и устранения.

Рис. 19. Функция History обеспечивает быстрый просмотр ранее собранных данных

Хорошая синхронизация сигнала — основа эффективной отладки. Комбинация базовых и расширенных средств синхронизации осциллографов серии WaveSurfer 3000 гарантирует, что даже самые сложные проблемы могут быть локализованы и детально изучены. Базовые средства синхронизации, такие как по условию «Фронт» или «Длительность импульса», идеально подходят для решения ежедневных задач. Расширенные схемы, к примеру «Рант» или «Интервал», помогают быстро изолировать аномалию. Синхронизация «По качеству» позволяет настроить ее по нескольким каналам.

При использовании опции MSO (осциллограф смешанных сигналов) добавляется синхронизация по логическим условиям для захвата до 16 цифровых каналов. Аналоговые каналы могут быть также добавлены к синхронизации по заданному шаблону, для создания смешанной схемы аналого‑цифровой синхронизации.

В дополнение к аппаратным ресурсам поиска осциллографы серии WaveSurfer 3000 имеют уникальный для этого класса приборов режим WaveScan, который является программным инструментом для локализации событий, находящихся вне аппаратных условий синхронизации (более 20 типов и условий: частота, время нарастания/спада, скважность и пр.). Поиск выполняется как при однократном запуске («поймал и обнаружил»), так и в режиме длительного сканирования по множеству разверток из длинной памяти осциллографа.

В режиме сканирования реализуется процесс, который не является простым копированием аппаратной синхронизации, а основан на измерении параметров захваченного сигнала на всей его истории, что предоставляет большие возможности и быстрые результаты. При необходимости накопления и анализа больших объемов данных WaveScan использует традиционное превосходство технологий Teledyn LeCroy в быстрой статистической обработке данных. Быстрое сканирование миллионов событий с обнаружением отклонений и аномалий по заданным условиям сокращает время поиска. Результаты сканирования можно увидеть с аннотациями непосредственно на осциллограмме или в сводной интерактивной таблице. Для быстрого масштабирования найденного события и детального изучения просто коснитесь таблицы в интересующей строке.

Функция History и измерение с помощью курсоров или из меню автоматических измерений параметров позволяет быстро локализовать причину проблем. Режим всегда доступен для активации нажатием одной кнопки, в заданном контекстном буфере будут сохранены все осциллограммы.

Осциллографы серии WaveSurfer 3000 используют технологию сегментированной развертки и поддерживают 20 различных математических функций, что дает дополнительные возможности для решения различных задач.

Математические функции позволяют «проникнуть» внутрь сигнала и найти причину даже самых сложных проблем. Например, функция БПФ предоставляет полную информацию по частотной характеристике сигнала, в то время как функция усреднения поможет эффективно отфильтровать нежелательные шумы. Есть функции интегрирования и дифференцирования сигналов, их фильтрации и т. д.

Осциллографы WaveSurfer 3000, имея набор из 24 автоматически измеряемых параметров, способны измерить и проанализировать каждый аспект аналоговых и цифровых сигналов. Статистика и гистограммы дополняют стандартный набор измерений и позволяют получить информацию о том, как сигнал изменяется с течением времени. Данные измерений могут быть отображены в виде тренда, для визуализации изменения результата измерения.

Управление этими возможностями осуществляется с помощью основного меню или дескрипторов (определителей) (рис. 20). Очень просто реализуется сенсорное управление — нужно только нажать на дескриптор кончиком пальца или стило. Предусмотрена работа и через главное меню.

Рис. 20. Дескрипторы некоторых автоматических измерений

Отладка сигналов в последовательных шинах зачастую становится трудоемкой и сложной задачей и занимает много времени. Опция декодирования и синхронизации по данным в последовательных протоколах позволяет быстрее локализовать проблему и найти ее причину (рис. 21).

Рис. 21. Пример операции декодирования последовательных данных

Декодированный протокол отображается непосредственным наложением на форму анализируемого исходного сигнала с интуитивным цветовым разделением. Декодирование в серии WS3000 ведется очень быстро — даже при использовании всей длинной памяти и активации масштабирования обеспечивается точное пошаговое декодирование «бит за битом».

Для более легкого процесса отладки данные декодирования помещаются в таблицу (рис. 22), расположенную ниже формы входного сигнала, где отображается информация о данных протокола. Если прикоснуться к нужному сообщению в таблице, оно автоматически выводится на середину экрана. Встроенные поисковые ресурсы находят специфические декодированные сообщения. Поддерживаются протоколы I²C, SPI, UART и RS‑232.

Рис. 22. Типичный вид таблицы декодирования последовательных данных

Сохраненные осциллограммы могут быть измерены и проанализированы позже, как на осциллографе, так и в автономном режиме, с помощью программного обеспечения для ПК (рис. 23). ПО WaveStudio — это простой и быстрый способ автономного анализа захваченных сигналов. Программа поддерживает курсорные измерения по осям X и Y для быстрых измерений, а также встроенные автоматические измерения (до 21 параметра) для более точных результатов. В WaveStudio предусмотрена возможность непосредственного подключения осциллографа к ПК для «прямой» передачи данных.

Рис. 23. Окно программы WaveStudio

Функция LabNotebook («Записная книжка») позволяет нажатием одной кнопки сохранить или загрузить осциллограмму, измерения и настройки без необходимости использовать дополнительное меню. Диаграмма применения этой функции показана на рис. 24. Данные, сохраненные с помощью приложения LabNotebook, можно передавать другим пользователям через ПО WaveStudio.

Рис. 24. Диаграмма использования функции Lab Notebook

Помимо стандартных осциллографических функций, осциллографы серии WaveSurfer 3000 имеют множество дополнительных программных и аппаратных опций, среди них встроенный функциональный генератор (ФГ) для формирования типовых сигналов, 16‑канальный логический пробник, синхронизация и декодирование протоколов последовательной передачи данных.

Аппаратные опции осциллографов WaveSurfer 3000

Встроенный функциональный генератор сигналов позволяет формировать сигналы с выходной частотой до 25 МГц и дискретизацией 125 МГц. Пользовательский интерфейс генератора интегрирован непосредственно в осциллографическую оболочку. Встроенный генератор — это удобная, экономящая время функция, формирующая следующие сигналы: синус, прямоугольник, импульс, пила, тре-угольник, шум и постоянный ток. Управление генератором удобно интегрировано в основную осциллографическую оболочку (рис. 25) осциллографов серии WaveSurfer 3000, что помогает легко создавать различные формы тестовых сигналов и изучать их на осциллографе.

Рис. 25. Панель управления опцией функционального генератора

Логический анализ выполняется с 16-канальным логическим пробником 16 встроенных цифровых каналов (рис. 26) и применением инструментов, предназначенных для одновременного отображения, измерения и анализа аналоговых и цифровых сигналов. Каналы пробника логических сигналов имеют входное сопротивление 100 кОм и входную емкость 5 пФ. Максимальная частота работы 125 МГц. Логический анализатор позволяет выполнять быструю отладку систем смешанных сигналов.

Рис. 26. Осциллограф WaveSurfer 3000 с пробником логических сигналов

Осциллограф WaveSurfer 3000 может использоваться более чем с 30 пробниками (токовых, дифференциальных, высоковольтных, имеющих интерфейс ProBus для активных пробников), что открывает обширные возможности в исследовании и тестировании различных компонентов и электронных устройств. На рис. 27 показан пример применения осциллографа для исследования импульсных высокочастотных источников электропитания. При этом используются одновременно обычные, дифференциальный и бесконтактный токовый пробник «клещи», а также высокочувствительный дифференциальный пробник с усилителем.

Рис. 27. Осциллограф WaveSurfer 3000 с пробниками для исследования импульсных источников электропитания

Новейшая серия осциллографов WaveSurfer 10

Совсем недавно, 21 сентября, была анонсирована новейшая серия 4‑канальных осциллографов WaveSurfer 10 (рис. 28) с полосой пропускания 1 ГГц и частой дискретизации на канал 5 ГГц (10 ГГц при объединении), 10 ГГц на канал (опция M‑Type) и длиной памяти до 20 Мбайт (32 Мбайт — опция M‑Type) [7]. Программная опция M‑Type расширяет функциональные возможности базовой модели и доступна для установки после покупки прибора.

Рис. 28. 1 ГГц осциллограф новейшей серии WaveSurfer 10

Осциллографы способны наблюдать смешанные сигналы, а также имеют другие возможности:

• Время нарастания переходной характеристики: 350 пс.
• Ограничение полосы частот: 20 и 200 МГц.
• Коэффициенты отклонения (Коткл.): при входном сопротивлении 50 Ом — от 2 мВ/дел. до 1 В/дел.; при входном сопротивлении 1 МОм — от 2 мВ/дел. до 10 В/дел.
• Развертка: от 200 пс/дел. до 1000 с/дел.
• 24 автоматических измерения, вывод одновременно до 6 измерений, курсорные измерения.
• Расширенная библиотека математических функций + «функция от функции» (опция M‑Type).
• Развитая система синхронизации.
• Режим предыстории History (просмотр ранее собранных данных) (опция M‑Type).
• Инструмент поиска аномалий (WaveScan).
• Документирование и создание отчетов в LabNotebook («Записная книжка»).
• Режим сегментированной развертки (повышает эффективность использования памяти) (рис. 29) (опция M‑Type).

Рис. 29. Просмотр сегмента данных

• Опции: анализатор спектра (рис. 30), анализ электрической мощности, синхронизация и декодирование последовательных протоколов (19 стандартов).

Рис. 30. Пример работы опции спектрального анализа

• Усовершенствованный интерфейс пользователя (MAUI).
• Цветной сенсорный дисплей (SVGA: диагональ 26 см, разрешение 800×600 точек).
• Интерфейсы Ethernet (10/100BaseT), USB (5), RS‑232, SVGA, опция
• Габариты 260×340×152 мм и вес 7,21 кг.
• Цена прибора: около 530 000 руб.

Широкая полоса частот, удобный интерфейс, большой сенсорный экран и обилие доступных для осциллографов пробников и опций значительно расширяют возможности осциллографов WaveSurfer 10 (рис. 31). Многие из них аналогичны описанным выше для приборов WaveSurfer 3000. Возможно применение прибора для анализа скоростных последовательных шин.

Рис. 31. Тестирование устройства на печатной плате осциллографом WaveSurfer 10

Заключение

Осциллографы серий WaveJet Touch и WaveSurfer 3000 занимают промежуточное место между дешевыми бюджетными моделями со скромными возможностями и Hi-End-устройствами с полосой от 1 ГГц и выше (серия WaveSurfer 10 и выше [7, 8]). Это именно те приборы, которые находят массовое применение при отладке, тестировании и исследовании современной электронной и связной аппаратуры, в том числе в области микроэлектроники и нанотехнологий [9].