MDO, czyli znacznie więcej niż zwykły oscyloskop

Można zadać sobie pytanie, jaka jest różnica między analizatorem widma, a oscyloskopem wyposażonym w funkcję FFT, dzięki której możliwe jest przecież określanie widma częstotliwości badanego sygnału? W dodatku, praktycznie każdy nowoczesny oscyloskop cyfrowy funkcję FFT ma wbudowaną. Odpowiedzią na to pytanie będzie przedstawienie charakterystyki oscyloskopów rodziny MDO4000, które jak już wiemy łączą w sobie m.in. funkcję analizatora widma.

Przyglądając się bliżej zasadzie działania oscyloskopu MDO można sformułować cztery zalety tego przyrządu w porównaniu ze zwykłym oscyloskopem. Są to:

• dedykowane wejście RF gwarantujące uzyskanie najlepszych warunków dla pomiarów sygnału RF w dziedzinie częstotliwości,
• architektura umożliwiająca niezależne ustawianie parametrów akwizycji dla sygnałów mierzonych w dziedzinie częstotliwości i w dziedzinie czasu,
• akwizycja zapewniająca wzajemną korelację w czasie sygnałów występujących na wszystkich wejściach przyrządu, analizowanych w dziedzinie częstotliwości i w dziedzinie czasu,
• interfejs użytkownika zoptymalizowany do wyświetlania i sterowania funkcjami analizatora widma.

Rys. 2. Porównanie architektury klasycznego oscyloskopu cyfrowego i oscyloskopu rodziny MDO4000

Architekturę klasycznego oscyloskopu cyfrowego i oscyloskopu rodziny MDO4000 porównano na rys. 2. Wejścia oscyloskopowe i wejście RF różnią się przede wszystkim częstotliwością sygnałów mierzonych za ich pośrednictwem. Jest to parametr, który w znacznym stopniu wpływa na cenę przyrządu, i z tego względu są oferowane modele przeznaczone do pracy w różnych zakresach częstotliwości. Ofertę taką dla oscyloskopów rodziny MDO4000 przedstawiono w tab. 1. Zakres częstotliwości wejścia RF, sięgający 3 lub 6 GHz, wynika z przystosowania oscyloskopów do pomiarów urządzeń pracujących w pasmach ISM: 2,4 GHz i 5,8 GHz.

Tab. 1. Parametry częstotliwościowe oscyloskopów MDO4000

W typowych oscyloskopach cyfrowych nastawy częstotliwości próbkowania i długości rekordu są ustalane wspólnie dla wszystkich kanałów pomiarowych pod kątem optymalnego wyświetlenia przebiegów czasowych. Jednak takie nastawy najczęściej nie są optymalne dla analizy FFT, gdyż użytkownik „nie widzi” w nich widma, działa więc w pewnym sensie po omacku. W analizatorach widma dobór nastaw rozwiązuje się w odmienny sposób, znaczenie bardziej wygodny i czytelny. Najczęściej ustalana jest częstotliwość środkowa (Center Frequency), zakres przemiatania (Span) i rozdzielczość RBW (Resolution Bandwidth). Dopiero na podstawie tych parametrów przyrząd automatycznie ustala częstotliwość próbkowania i długość rekordu. Tak działający, interfejs zaimplementowano w oscyloskopach MDO4000 do obsługi kanału RF. Daje to znacznie większy komfort pracy podczas pomiarów widma RF, wyświetlanego przy tym zawsze w oddzielnym oknie lub na całym ekranie (rys. 3).

Rys. 3. Organizacja ekranu podczas pracy jednocześnie jako oscyloskop i analizator widma

Czy klasycznym analizatorem można badać sygnały w dziedzinie czasu? Pierwsza narzucająca się odpowiedź brzmi „nie”, ale nie jest to odpowiedź do końca prawidłowa. Otóż niektóre analizatory mogą pracować w trybie Zero Span, a oznacza to, że podczas pomiaru nie jest wykonywane przemiatanie częstotliwości. Pomiar jest dokonywany dla jednej, ustalonej częstotliwości (np. nośnej nadajnika radiowego), wynik natomiast należy interpretować jako zmiany sygnału RF w funkcji czasu. Problem polega jednak na tym, że widmo sygnału wokół ustalonej częstotliwości nie musi składać się z pojedynczego prążka, a więc konfigurując analizator do pracy w trybie Zero Span uzyskuje się wprawdzie możliwość oceny zmian sygnału RF w czasie, ale kosztem utraty informacji o jego widmie. Wady tej, jak już wiemy, nie mają oscyloskopy MDO4000. W oknie dziedziny czasu można umieścić dodatkowy wykres przedstawiający przebieg zmian sygnału RF w czasie, i to zarówno jego amplitudy, częstotliwości i fazy, zachowując przy tym pełną informację o widmie sygnału wyświetlaną w oknie dziedziny częstotliwości (rys. 4).

Rys. 4. Oscylogram przedstawiający m.in. zmiany częstotliwości sygnału RF w funkcji czasu