Развитие USB-осциллографов Pico Technology и АКИП

PDF версия
Британская фирма Pico Technology Ltd. с офисом в США (Tyler, штат Texas) хорошо известна в мире благодаря разработке сравнительно дешевых USB-осциллографов — приставок к персональным компьютерам с высокими и даже профессиональными характеристиками. Автор уже описывал их в статье, опубликованной в № 10 журнала «Компоненты и технологии» за 2011 год [1]. За прошедшие пару лет фирма выпустила новую серию стробоскопических USB-осциллографов Pico Scope 9300 и совершила скачок в разработке цифровых запоминающих осциллографов реального времени серии PicoScopе 6000 (в 2012 году приборы были отмечены наградой Best Test), многофункциональных устройств «3 в 1» и USB-осциллографов с высоким разрешением.

Нередко подключаемые к компьютеру приборы — приставки называют модным словечком «виртуальные». Это наименование не совсем удачное и справедливо только в отношении интерфейса пользователя, который отображается на экране дисплея компьютера. Осциллографы фирмы Pico Technology содержат аппаратные средства цифровых осциллографов со всеми типичными для них возможностями и параметрами, часто превосходящими достигнутые у более тяжелых и дорогих стационарных моделей.

В системах с приборами фирмы Pico Technology Ltd. [2] многие узлы (источники питания, средства отображения информации и др.) используются от персонального компьютера, к которому осциллографы-приставки подключаются с помощью высокоскоростной последовательной шины USB 2.0, а в новых разработках даже USB 3.0. Эти узлы также нельзя считать виртуальными. Они ведь вполне реальные, а исключение из приставок упрощает их конструкцию и не допускает дублирование аппаратных и программных средств, присущее современной компьютеризованной измерительной аппаратуре. Кроме того, благодаря массовому выпуску узлы компьютеров обычно более совершенны, чем применяемые в настольных осциллографах, и меньше опустошают карманы пользователей.

 

Стробоскопические USB-осциллографы компании Pico Technology

Стробоскопические осциллографы считаются наиболее широкополосными и высокочастотными. Pico Technology стала первой в мире компанией, создавшей и выпустившей на рынок вполне полноценные стробоскопические USB-осциллографы — приставки PicoScope 9200 к ПК. Новая, 9300‑я серия таких приставок выполнена в миниатюрных корпусах, вид которых практически не изменился. Приставка подключается к любому персональному компьютеру (рис. 1) [3] — настольному, ноутбуку или нетбуку с операционной системой Windows. Это главное, за счет чего удалось значительно упростить осциллографы и уменьшить их стоимость даже с учетом потребности в компьютере.

Стробоскопический USB-осциллограф серии 9300 компании Pico Technology — приставка к персональному компьютеру

Рис. 1. Стробоскопический USB-осциллограф серии 9300 компании Pico Technology — приставка к персональному компьютеру

Вид приставок спереди и сзади показан на рис. 2. Обращает на себя внимание крайне простой вид приборов и минимум органов управления. В основном это коаксиальные разъемы входов и (сзади) электропитания и шины USB 2.0. Интерфейс пользователя реализован программно и может легко обновляться (что очень сложно у обычных приборов). Приборы работают только с внешней синхронизацией, внутренняя не предусмотрена.

Передняя (сверху) и задняя (снизу) панели осциллографов серии 9300

Рис. 2. Передняя (сверху) и задняя (снизу) панели осциллографов серии 9300

Основные параметры осциллографов PicoScope 9300 вполне профессиональные:

  • Два или четыре канала (независимый сбор данных) с входным сопротивлением 50 Ом и вход внешней синхронизации (Ext).
  • Полоса пропускания: 20 ГГц или 10 ГГц (переключаемая).
  • Время нарастания менее 17,5 пс (при полосе 20 ГГц) и 35 пс (при полосе 10 ГГц).
  • Максимальная частота стробирования до 1 МГц.
  • Максимальная эквивалентная частота дискретизации: до 15 Твыб/с (для периодического сигнала).
  • Максимальный объем памяти до 32 кбайт/канал.
  • Чувствительность по вертикали от 1 до 500 мВ/дел., шум <1,5 мВ RMS, при усреднении менее 100 мкВ RMS.
  • Внешняя синхронизация до 2,5 ГГц, с делителем частоты до 14 ГГц.
  • Две развертки: основная от 5 пс/дел. до 3,2 мс/дел., задержанная от 5 пс/дел. до установленной длины основной развертки.
  • Автоматические измерения огромного числа параметров (до 138, включая измерение «глазковых» диаграмм (NRZ и RZ), БПФ и джиттера и др.); статистические измерения и маркерные измерения (ΔU; ΔT; ΔU/ΔT, F).
  • Математические функции, включая быстрое преобразование Фурье (БПФ) в двух каналах.
  • До 10 прямых и до 4 статистических измерений, выполняемых одновременно.
  • Отображение гистограмм параметров (напряжение/время), усреднение, огибающая, послесвечение.
  • Автоматизированный тест сигнала по маске (167 предустановленных шаблонов).
  • Дополнительный вход: внешняя синхронизация с восстановлением тактовой частоты до 2,7 Гбит/с.
  • Интерфейс связи с компьютером: USB2.0 и LAN.
  • ПО под управлением ОС WIN XP/SP2, Vista, 7 и 8 (32/64 бит).
  • Питание от универсального сетевого адаптера.
  • Малогабаритный корпус: размер 170×260×40 мм, масса 1,1–1,3 кг (в зависимости от конкретной модели в серии).

Каналы вертикального отклонения имеют чувствительность от 1 до 500 мВ/дел. с шагом 1–2–5 при погрешности 2% и входном сопротивлении (50 ±1) Ом, предусмотрена регулируемая временная задержка между входами от 0 до 100 нс. Типичный уровень шума — 100 мкВ RMS. Развертка по горизонтали (временная) от 5 пс/дел. до 3,2 мс/дел. Есть режим двойной развертки — «лупа времени». Вид окна с тремя осциллограммами на экране с темным фоном дисплея компьютера показан на рис. 3. Возможен выбор следующих форматов экрана:

Окно с осциллограммами (нижняя — разность верхних осциллограмм)

Рис. 3. Окно с осциллограммами (нижняя — разность верхних осциллограмм)

  • Auto — выбор автоматический.
  • Single YT — одиночная осциллограмма с временной разверткой.
  • Dual YT — две осциллограммы.
  • Quad YT — четыре осциллограммы.
  • XY — режим XY.
  • XY + YT — режим XY и одна осциллограмма.
  • XY + 2 YT — режим XY и две осциллограммы.

Особенно впечатляет, насколько велико число автоматических вычислений этого осциллографа-малютки — их 138, значительно больше, чем у многих моделей дорогих настольных стробоскопических осциллографов высокого класса. Такие возможности превращают данный прибор в целую лабораторию и позволяют детально исследовать и тестировать многие устройства и системы. На рис. 4 показана осциллограмма трапецеидального импульса с таблицей результатов автоматических измерений. Для каждого измерения выводится «живая» статистика, что позволяет непрерывно отслеживать во времени изменение параметров. Предусмотрено до 10 прямых измерений и до 4 статистических.

Автоматические измерения (пример трапецеидального импульса)

Рис. 4. Автоматические измерения (пример трапецеидального импульса)

Возможны математические операции с двумя осциллограммами, в частности, их суммирование, умножение, деление или выполнение других функций. Примеры представлены на рис. 3 (разность двух осциллограмм) и рис. 5. В общей сложности осциллограф выполняет около сотни математических операций и функций.

Математические операции с сигналами двух каналов

Рис. 5. Математические операции с сигналами двух каналов

Приборы имеют очень удобные и наглядные меню для математических операций с большим количеством подменю. Часть подменю таких операций показана на рис. 6. Всего можно использовать 61 математическую функцию.

Меню математических операций и функций

Рис. 6. Меню математических операций и функций

Для анализа сигналов в частотной области предусмотрено построение спектров сигнала с помощью оконного быстрого преобразования Фурье (БПФ или FFT — Fast Fourier Transform). Фурье-анализ возможен для двух сигналов как в действительной, так и в комплексной форме с выводом графиков амплитудно-частотных и даже фазочастотных характеристик спектра. Пример БПФ дан на рис. 7. Возможен выбор одного из 6 типов окон:

Пример оконного быстрого преобразования Фурье

Рис. 7. Пример оконного быстрого преобразования Фурье

  • Rectangular — прямоугольное.
  • Hamming — Хамминга.
  • Hann — Ханна.
  • Flat-top — с плоской вершиной.
  • Blackman-Harris — Блэкмана — Харриса.
  • Kaiser-Bessel — Кайзера — Бесселя.

Приборы позволяют строить расчетные осциллограммы по математическим выражениям. Они задаются с помощью меню автоматических вычислений, показанного на рис. 8.

Меню автоматических вычислений

Рис. 8. Меню автоматических вычислений

Работа высокоскоростных электронных систем и линий связи часто оценивается с помощью глазковых диаграмм, представляющих на экране прибора осциллограммы входных и выходных сигналов. Они даются в противофазе, нормированы и напоминают фигуру «глаз», который в нормальном состоянии должен быть открыт. Если «глаз» закрывается, значит, параметры сигналов выходят за допустимые нормы.

Еще недавно такие диаграммы могли строить лишь дорогие и громоздкие настольные цифровые осциллографы ведущих фирм, таких как Tektronix, LeCroy, Agilent. И вот теперь подобная функция появилась у малогабаритных и легких USB-осциллографов серии PicoScope 9300 (рис. 9).

Пример построения глазковой диаграммы

Рис. 9. Пример построения глазковой диаграммы

Возможно автоматическое измерение основных параметров глазковых диаграмм и построение данных диаграмм в разном стиле (рис. 10), а также с масками.

Построение глазковой диаграммы, таблицы автоматических измерений диаграммы и меню выбора ее параметров

Рис. 10. Построение глазковой диаграммы, таблицы автоматических измерений диаграммы и меню выбора ее параметров

В последние годы в высококачественных осциллографах стали применяться гистограммы статистических параметров исследуемых сигналов, которые строятся прямо на их осциллограммах. Это очень удобно при оценке джиттера и любой нестабильности сигналов во временной и амплитудной областях. Осциллографы PicoScope позволяют создавать такие гистограммы и выводить таблицы результатов автоматических измерений статистических параметров (рис. 11).

Примеры построения гистограмм статистических вычислений

Рис. 11. Примеры построения гистограмм статистических вычислений

Библиотека масок для осциллографов серии 9300 содержит 167 типов масок для скоростей передачи данных от 1,57 Мвыб/с до 12,5 Гвыб/с, 11 типов масок являются стандартными:

  1. 11 SONET /SDH: OC1/STM0, OC3/STM1, OC9/STM3, OC12/STM4, OC18/STM6, OC24/STM8, OC48/STM16, FEC2666, OC192/STM64, FEC1066, FEC1071 …
  2. 10 Ethernet: 1,25 Gb/s, Gb, 2xGb, 3,125 Gb/s, 10 GbE …
  3. 31 Fibre Channel: FC133, FC266, FC531, FC1063, FC2125, FC4250, 10x FC …
  4. 41 PCI Express: 2,5 G, 5 G …
  5. 16 InfiniBand: 2,5 G, 5 G …
  6. 4 XAUI: 3,125 Gb/s …
  7. 9 RapidIO: 1,25 Gb/s, 2,5 Gb/s, 3,125 Gb/s …
  8. 24 SATA: 1,5 G, 3 G …
  9. 14 ITU G.703: DS1, 2 Mb, DS2, 8 Mb, 34 Mb, DS3, 140 Mb, 155 Mb ѕ
  10. 7 ANSI T1.102: DS1, DS2, DS3, STS1 Eye, STS1 Pulse,
  11. STS3 … 1 G.984.2: 3,125 Gb/s

Маски можно задавать, как обычно, с помощью полигонов или опорных осциллограмм, создаваемых «замораживанием» обычных осциллограмм, а также выбирать из встроенного набора масок.

Стробоскопические осциллографы являются наиболее скоростными и высокочастотными, но имеют довольно специфические и узкие области применения — в сверхскоростной электронике, физике элементарных частиц и ядерной электронике [10, 11]. В последнее время области их применения резко возросли и ныне охватывают сверхширокополосные, сотовые, спутниковые и оптические линии и системы связи. К сожалению, стробоскопические осциллографы не позволяют получать осциллограммы сравнительно медленных процессов, хотя такие процессы часто существуют вместе с быстрыми процессами. Например, наблюдая почти прямоугольные импульсы на экране стробоскопического осциллографа, можно видеть их быстрые фронты, но не всегда заметить длительные участки импульсов и их общую картину.

Поэтому очень полезной функцией осциллографов PicoScope 9300 является возможность просмотра таких сигналов в довольно широкой полосе частот (до 100 МГц) в режиме реального времени (рис. 12). При этом отсутствует стробоскопический эффект и связанная с ним многозначность отображения данных.

Пример работы в реальном режиме времени

Рис. 12. Пример работы в реальном режиме времени

Для расширения возможностей осциллографов существуют дополнительные аксессуары, поставляемые в качестве опций. На рис. 13 показан кейс с аксессуарами и программным обеспечением (Kit 1), а также широкополосный резистивный делитель мощности (Kit 5).

Опции Kit 1 и Kit 5

Рис. 13. Опции Kit 1 и Kit 5

 

USB-осциллографы реального времени компании Pico Technology

В 2012 году компания Pico Technology получила заслуженную награду Best Test Finalist за разработку серии цифровых запоминающих USB-осциллографов реального времени PicoScope 6000 [4] (рис. 14а). Новая серия уникальных приборов объединяет в миниатюрном корпусе сразу три вполне полноценных прибора: цифровой осциллограф с полосой до 500 МГц, анализатор спектра и генератор сигналов произвольной формы (AWG) или произвольных функций (AFG). О тщательности проработки конструкции прибора свидетельствует его вид с открытой верхней крышкой (рис. 14б).

Новый осциллограф реального времени PicoScope серии 6000 (а) и прибор со снятой верхней крышкой (б)

Рис. 14. Новый осциллограф реального времени PicoScope серии 6000 (а) и прибор со снятой верхней крышкой (б)

Диаграмма работы нового прибора, поясняющая выбор типа отображения сигналов и варианты его вывода на экран, показана на рис. 15. Она строится программой PicoScope 6. На экран дисплея компьютера можно выводить различные осциллограммы, спектры и диаграммы — как раздельно, так и вместе. Этому способствует возможность применения у компьютера дисплея с экраном большого размера и с высоким разрешением.

Диаграмма режимов работы осциллографа PicoScope 6000

Рис. 15. Диаграмма режимов работы осциллографа PicoScope 6000

На рис. 16 показан вид экрана ПК с осциллографом с основной программой PicoScope 6 в режиме представления осциллограмм разного вида. Следует обратить внимание на четкость прорисовки осциллограмм аналоговых сигналов. Это демонстрирует малый уровень шумов канала вертикального отклонения и малый уровень джиттера.

Экран осциллографа реального времени PicoScope 6

Рис. 16. Экран осциллографа реального времени PicoScope 6

Основные технические характеристики новой серии PicoScope 6400:

  • Число аналоговых каналов осциллографа: 4 канала и разъем AUX.
  • Полоса пропускания: 250 МГц, 350 МГц, 500 МГц или 1 ГГц (только у модели дигитайзера 6407).
  • Максимальная частота дискретизации: 5 ГГц для однократного сигнала (эквивалентная 50 ГГц).
  • Типовые масштабы по вертикали и горизонтали.
  • Объем памяти (в одноканальном режиме): от 246 Мвыб до 2 Гвыб.
  • Автоматические измерения (26 параметров, из них 11 — спектра); курсорные измерения (ΔU; ΔT).
  • Анализатор спектра до 500 МГц (БПФ при длине памяти 1 Мбайт).
  • Встроенный генератор функций AFG или произвольных сигналов AWG.
  • Формирование сигналов встроенным генератором в диапазоне частот до 20 МГц, разрешение 0,001 Гц, ЦАП генератора имеет разрядность 12 бит, максимальная частота дискретизации 200 МГц, длина 16К точек.
  • Допусковый контроль (тест по маске), декодирование сигналов шин.
  • Генератор стандартных сигналов: синус, меандр, треугольник, пила (нарастание/спад), sinx/x, колоколообразный, шум, постоянное напряжение.
  • Сохранение 10 тыс. осциллограмм во внутреннем буфере.
  • Цифровая растяжка до 100 млн раз.
  • Скоростной интерфейс USB 3.0 (управление от внешнего ПК), ПО под управлением ОС WIN XP SP2, Vista, 7 и 8.
  • Дополнительный канал интерфейса Aux I/O (вход/выход).
  • Гарантия 5 лет (!), масса 900 г.

В таблице приведены основные классификационные параметры различных приборов новой серии 6400.

Таблица 1. Основные классификационные параметры USB-осциллографов реального времени серии PicoScope 6400

Тип прибора

Входы

Полоса

Скорость

Память

PicoScope 6402C

4+AUX & Func Gen

250 МГц

5 Гвыб/с

256 Mвыб

PicoScope 6402D

4+AUX & AWG

250 МГц

5 Гвыб/с

512 Mвыб

PicoScope 6403C

4+AUX & Func Gen

350 МГц

5 Гвыб./с

512 Mвыб

PicoScope 6403D

4+AUX & AWG

350 МГц

5 Гвыб/с

1 Гвыб

PicoScope 6404C

4+AUX & Func Gen

500 МГц

5 Гвыб./с

1 Гвыб.

PicoScope 6404D

4+AUX & AWG

500 МГц

5 Гвыб/с

2 Гвыб

PicoScope 6407

4+AUX & AWG

1 ГГц

5 Гвыб/с

1 Гвыб

Осциллографы PicoScope серии 6400 оснащены огромной буферной памятью емкостью от 256 Мвыб до 2 Гвыб. Она может распределяться между каналами и интегрированными приборами, что позволяет выводить четкие осциллограммы и диаграммы интегрированных приборов на один большой экран дисплея компьютера (рис. 17).

Экран осциллографа с различными типами осциллограмм и диаграмм

Рис. 17. Экран осциллографа с различными типами осциллограмм и диаграмм

На экране возможен просмотр осциллограмм с персистенцией — имитацией аналогового запоминания и послесвечения. Более того, персистенция может быть цветной — на рис. 18 показан экран при наблюдении сложного телевизионного сигнала с цветной персистенцией. Персистенция позволяет фиксировать короткие особенности сигнала — например, отдельные кратковременные «глюки», возникающие при сбое в работе тестируемых устройств.

Пример экрана PicoScope 6400 с персистенцией

Рис. 18. Пример экрана PicoScope 6400 с персистенцией

Осциллограф PicoScope 6400 имеет множество автоматических измерений, превращающих прибор в многофункциональную лабораторию. Для обычных осциллограмм предусмотрено 15 различных автоматических измерений. Разумеется, возможны и обычные курсорные измерения, а также по масштабной сетке (рис. 19).

Пример автоматических измерений у осциллографов PicoScope 6400

Рис. 19. Пример автоматических измерений у осциллографов PicoScope 6400

С осциллограммами могут выполняться различные математические вычисления. Для этого прибор оснащен простым и удобным встроенным редактором математических выражений. На рис. 20 показано окно редактора математических выражений и пример задания выражения (A+B)/A, где буквами обозначены номера каналов вертикального отклонения. Заданные редактором выражения строятся как расчетные осциллограммы, которые отличаются от обычных осциллограмм только цветом и заданным масштабом.

Меню редактора математических вычислений осциллографа PicoScope 6000

Рис. 20. Меню редактора математических вычислений осциллографа PicoScope 6000

Для организации с помощью осциллографа допускового контроля могут применяться различные маски, которые задаются геометрическими фигурами или осциллограммами. Пример работы с маской, созданной опорными осциллограммами, показан на рис. 21. Осциллограф фиксирует попадание основных осциллограмм в маску.

Пример работы с маской

Рис. 21. Пример работы с маской

В осциллографе предусмотрен также режим XY, присущий аналоговым осциллографам и не всегда имеющийся у цифровых приборов. В этом режиме строится осциллограмма, при которой по оси X сигнал подается от одного канала, по оси Y от другого. Таким образом, удобно строить фигуры Лиссажу, сравнивать частоты сигналов от двух каналов, отображать петли гистерезиса и т. д. (рис. 22).

Вид экрана компьютера с осциллографом PicoScope 6000 в режиме XY

Рис. 22. Вид экрана компьютера с осциллографом PicoScope 6000 в режиме XY

В последние годы цифровые осциллографы широко применяются для тестирования различных последовательных шин. Сигналы их данных соответствующим образом закодированы, и на осциллографы возлагается задача декодирования и последующего отображения. Для этого обычно используются специальные опции. На рис. 23 представлен пример тестирования последовательной шины I2C осциллографом PicoScope 6000. Окно тестирования последовательных шин может быть представлено в двух форматах — In view и In window.

Пример тестирования последовательной шины I2C

Рис. 23. Пример тестирования последовательной шины I2C

В роли анализатора спектра осциллографы PicoScope 6400 выполняют программным методом быстрое преобразование Фурье (БПФ), что возможно в полосе частот до половины максимальной частоты дискретизации. На рис. 24 показано построение спектра синусоидального сигнала с небольшим шумом. Частота сигнала 1,05 МГц и его основная центральная линия отчетливо видна, как и масса линий спектра шума.

Пример построения спектра синусоидального сигнала с небольшим шумом

Рис. 24. Пример построения спектра синусоидального сигнала с небольшим шумом

Предлагается 11 видов автоматических измерений спектра (рис. 25). В частности, измеряются частоты и амплитуды пиков спектральных линий. Таблица результатов вычислений размещается под спектром. Возможны курсорные измерения спектров и автоматическая настройка на максимум пиков спектров.

Пример осциллограммы сигнала от генератора произвольных сигналов

Рис. 25. Пример осциллограммы сигнала от генератора произвольных сигналов

Для приборов выпускаются два вида пассивных пробников с коэффициентом деления 10 (рис. 26). Пробники имеют полосу частот 350 МГц (TA150) и 500 МГц (TA133). Входной импеданс пробников: сопротивление 10 МОм и емкость 9,5 пФ (возможна компенсация емкости от 10 до 25 пФ). В комплекте поставки количество пробников равно числу каналов осциллографов.

Пассивный пробник осциллографа PicoScope 6000

Рис. 26. Пассивный пробник осциллографа PicoScope 6000

 

USB-осциллографы с изменяемым разрешением серии PicoScope 5200

Еще одна интересная и очень современная разработка Pico Technology — USB-осциллографы с высоким разрешением серии PicoScope 5200 [5] (рис. 27). Большинство обычных цифровых осциллографов имеют разрядность 8 бит, что соответствует максимум 28 = 256 ступенек у осциллограмм. Они отчетливо видны невооруженным глазом. Этот недостаток принципиально отсутствует у аналоговых осциллографов. Основные пути его устранения у цифровых осциллографов — повышение разрядности АЦП осциллографа или применение нескольких АЦП. Повышение разрядности на каждый бит приводит к удвоению числа ступенек квантования.

Осциллограф с высоким изменяемым разрешением PicoScope 5200

Рис. 27. Осциллограф с высоким изменяемым разрешением PicoScope 5200

Серия осциллографов PicoScope 5200 представлена 6 моделями с полосой пропускания 60, 100 и 200 МГц и числом аналоговых входов 2 или 4 (у всех приборов есть и разъем AUX). Основная разрядность у приборов изменяется от 8 до 16 бит (в режиме усреднения до 20 бит), то есть она намного выше, чем у большинства цифровых осциллографов, емкость памяти от 32 до 512 Мвыб. Все приборы этой серии имеют скорость дискретизации 1 Гвыб/с.

Примеры организации множества АЦП для разной разрядности осциллографов серии PicoScope 5200 показаны на рис. 28: дискретизация 1 ГГц, 8 бит, 1 канал (слева) и дискретизация 125 МГц, 14 бит, 4 канала (справа).

Примеры организации множества АЦП осциллографов серии 5200

Рис. 28. Примеры организации множества АЦП осциллографов серии 5200

Выпускается также серия осциллографов с высоким стандартным разрешением и высокой скоростью работы — PicoScope 4000 [6]. Они потребляют настолько малую мощность, что питаются от USB-разъема. Приборы имеют постоянную повышенную до 12 бит разрядность и полосу исследуемых частот, в зависимости от модели, от 20 до 100 МГц при 2 или 4 каналах вертикального отклонения и погрешности, сниженной до 1%. Есть варианты приборов этой серии с встроенным генератором сигналов произвольной формы (AWG). На базе данной серии выпускаются также автомобильные осциллографы PicoScope 4225 (2‑канальные и 4‑канальные), оснащенные дополнительными аксессуарами и программным обеспечением для тестирования электронных систем автомобилей (рис. 29).

Комплект Automotive Diagnostic Kit на базе USB-осциллографа PicoScope 4000

Рис. 29. Комплект Automotive Diagnostic Kit на базе USB-осциллографа PicoScope 4000

 

USB-осциллографы смешанных сигналов (MSO)

Серии осциллографов PicoScope 2000 и 3000 (рис. 30) имеют модели MSO с входом для 16‑разрядных смешанных сигналов, то есть способны выполнять наряду с функциями аналоговых запоминающих осциллографов и функции логических анализаторов умеренного быстродействия [7, 8]. Приборы производятся с полосой 250 МГц и емкостью памяти для осциллограмм 512 Мвыб и выше. В серии 3000 выпускается модель PicoScope 3425 с 4 дифференциальными входами и новейшая серия PicoScope-3000.

Новейшие 2 канальные осциллографы серии PicoScope 3200 с интерфейсом USB 3.0

Рис. 30. Новейшие 2 канальные осциллографы серии PicoScope 3200 с интерфейсом USB 3.0

Интерфейс USB 3.0 имеет в 10 раз большую скорость передачи данных, чем USB 2.0, что заметно ускоряет некоторые операции, например передачу данных на жесткий диск ПК. Кроме того, он имеет в 2 раза больший ток, отбираемый для питания внешних устройств, в том числе USB-приставок без внешнего адаптера электропитания. На приставки дается гарантийный срок 5 лет!

Экран компьютера с осциллографом смешанных сигналов показан на рис. 31. Видно, что на одном экране можно одновременно наблюдать аналоговые и цифровые сигналы. Подробные данные об этих и других приборах фирмы Pico Technology можно найти на интернет-сайте этой фирмы [2]. Там в открытом доступе выставлены PDF-файлы Data Shift приборов, описания и инструкции по применению на различных языках [3–8]. Любопытно, что многие датированы уже 2014 годом, что говорит о серьезном отношении фирмы к подготовке документации.

Экран компьютера с осциллографом смешанных сигналов

Рис. 31. Экран компьютера с осциллографом смешанных сигналов

 

Российские USB-осциллографы торговой марки АКИП

В России интересы фирмы Pico Technology представляет компания «ПриСТ» [9]. Под торговой маркой АКИП компания выпускает в России приборы, аналогичные описанным выше осциллографам (рис. 32). К поставкам USB-осциллографов на наш рынок приступили и другие фирмы. Таким образом, российским специалистам предоставлена вполне реальная возможность использовать новый класс высококачественных USB-приборов, сочетающих высочайшие характеристики и возможности настольных устройств с малыми габаритами, весом и вполне умеренной (но не всегда очень малой) стоимостью. К чести работников и создателей АКИП, они не скрывают данные о первичном разработчике приборов и указывают информацию на корпусах приборов даже при рекламе.

USB-осциллографы, выпускаемые под торговой маркой АКИП

Рис. 32. USB-осциллографы, выпускаемые под торговой маркой АКИП

В России сейчас практически не производятся отечественные широкополосные стробоскопические осциллографы. Поэтому нельзя не приветствовать появление USB-осциллографов‑приставок АКИП‑4112/2– АКИП-4112/7 c полосой частот исследуемых сигналов 10 и 20 ГГц. Приборы являются полными аналогами осциллографов PicoScope 9300. Предлагается также сравнительно дешевый (около 400 тыс. руб.) стробоскопический осциллограф-приставка АКИП‑4112 с меньшей полосой частот, 12 или 8 ГГц, а также его вариант АКИП‑4112/1 с дополнительным интерфейсом LAN и модулем рефлектометрии.

Есть и российские клоны запоминающих USB-осциллографов реального времени, интегрированных с программным анализатором спектра и генератором сигналов произвольной формы, — АКИП‑4120 и АКИП-7500, аналоги PicoScope 6000. Осциллографы АКИП‑75444А (рис. 33) имеют высокое разрешение. Эти приборы подобны осциллографам серии PicoScope 5000. Для всех осциллографов АКИП (кроме стробоскопических 4112) в январе 2015  года выпущено расширение программы PicoScope 6 до версии 6.10.11, работающей с операционными системами вплоть до WIN 8 (32/64 бит), допускающее горячее подключение, обладающее дополнительными математическими функциями, малым временем загрузки и другими достоинствами.

Осциллограф с высоким разрешением АКИП 75444A

Рис. 33. Осциллограф с высоким разрешением АКИП 75444A

 

Новая линейка USB-осциллографов АКИП‑76400

Серия АКИП‑76400 — новый модельный ряд USB-осциллографов торговой марки АКИП, который стал результатом серьезной модернизации линейки АКИП‑4123 (4 канала с полосой исследуемых частот 250, 350 и 500 МГц). Приборы с такой полосой характерны для большинства настольных осциллографов среднего и высокого классов. Внешний вид прибора АКИП‑76404 С показан на рис. 34. За счет двукратного увеличения внутренней памяти, внедрения интерфейса USB 3.0, добавления прикладных измерительных ресурсов, а также инструментов анализа последовательных данных возможности осциллографа существенно увеличены.

Новейший 500 МГц 4 канальный запоминающий осциллограф АКИП 76404С (в нем интегрировано 5 приборов)

Рис. 34. Новейший 500 МГц 4 канальный запоминающий осциллограф АКИП 76404С (в нем интегрировано 5 приборов)

Основные преимущества приборов новой серии:

  • «5 в 1»: осциллограф, анализатор спектра, функциональный генератор, генератор сигналов произвольной формы (AWG с инд. D), анализатор последовательных данных.
  • 4 канала с полосой до 250, 350 и 500 МГц, максимальная скорость дискретизации 5 Гвыб/с (1,25 Гвыб/с на 1 канал), память до 2 Гбайт.
  • Расширенное меню синхронизации и интеллектуального запуска.
  • Цифровая растяжка (до ×100 млн).
  • Анализатор спектра (в полной полосе частот осциллографа).
  • Генератор сигналов произвольной формы AWG (20 МГц / 200 Mвыб/с / 12 бит / память 64 квыб).
  • Высокоскоростной интерфейс USB 3.0.
  • Допусковый контроль (тест по маске).
  • Декодирование: CAN, LIN, FlexRay, I2C, I2S, UART/RS‑232, SPI — стандартно.
  • Высокая производительность и надежность.

Новая серия АКИП‑76400 с полосами пропускания от 250 МГц до 500 МГц захватывает и отображает однократные сигналы и пульсации с временным разрешением 200 пс. Сбор данных в режиме эквивалентного времени (ETS) увеличивает дискретизацию до максимальной скорости 50 Гвыб/с. Для обеспечения устойчивой обработки собранных данных и управления результатами АКИП‑76400 может использовать цифровое увеличение (zoom) в 100 млн раз, применяя два метода масштабирования. В меню имеются кнопки прямой цифровой растяжки, а также предусмотрен режим «Окно просмотра», что позволяет увеличить разрешение при визуализации простым перетаскиванием мышью интересующих участков осциллограмм.

Благодаря русифицированному ПО PicoScope6rus прибор способен автоматически отображать сводную таблицу результатов измерения параметров с комментариями на русском языке. Каждое заданное измерение включает операторы статистической обработки, которые позволяют характеризовать и оценить его тренд или вариации.

С помощью драйверов и набора SDK (software development kit) потребитель может написать свое программное обеспечение для управления прибором или сконфигурировать интерфейс. Для некоторых приложений (в случае нехватки буферной памяти 2 Гбайт) предусмотрена функция потоковой передачи данных (streaming mode) по высокоскоростному интерфейсу USB 3.0. Вывод данных в оперативную память ПК осуществляется со скоростью не менее 150 Мвыб/с, на твердотельный жесткий диск (SSD) — со скоростью до 78 Мвыб/с. При этом скорость обмена определяется спецификациями конкретного компьютера и зависит от числа программ, запущенных на нем.

 

Заключение

За последние два-три года компания Pico Technology Ltd. разработала и выпустила на рынок ряд серий USB-осциллографов — приставок к персональным компьютерам, сочетающих малые размеры и вес с профессиональными характеристиками осциллографов самого различного класса — от сверхширокополосных стробоскопических с полосой до 20 ГГц до широкополосных осциллографов аналоговых и смешанных сигналов с полосой до 1 ГГц и приборов, интегрированных с анализаторами спектра и генераторами произвольных сигналов и функций. Устройства имеют необычно большое число автоматических вычислений, мощные средства математической обработки осциллограмм, большой объем памяти и параметры, ранее характерные для более громоздких, тяжелых и намного более дорогих настольных цифровых осциллографов. Российская фирма «ПриСТ» [9] производит поставку таких приборов под своей торговой маркой АКИП на отечественный рынок. Несомненно, что приборы этого класса найдут широкое применение в исследовании, наладке и тестировании самых разнообразных электронных и связных устройств и систем [10, 11].

Литература
  1. Дьяконов В. П. Широкополосные стробоскопические USB-осциллографы — приставки к персональным компьютерам // Компоненты и технологии. 2011. №
  2. picotech.com
  3. PicoScope 9300 Series. The new face of sampling oscilloscopes. Pico Technology, 2013.
  4. PicoScope 6407 Digitizer. High performance usb digitizer. Pico Technology, 2011.
  5. PicoScope 5000 Series. Flexible resolution oscilloscopes. Pico Technology, 2013.
  6. PicoScope 4000 Series. High-ptecizion USB oscilloscopes. Pico Technology, 2012–2013.
  7. PicoScope 3000 Series. 2‑channel and mixed-signal USB oscilloscopes. Pico Technology, 2013.
  8. PicoScope 2205 MSO. USB-powered mixed signal oscilloscope. Pico Technology, 2012.
  9. prist.ru
  10. Дьяконов В. П. Сверхскоростная твердотельная электроника. М.: ДМК-Пресс, 2013.
  11. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике. М.: ДМК-Пресс, 2011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

?>