Nowoczesne oscyloskopy cyfrowe i generatory arbitralne oferują tyle trybów pracy i możliwości pomiarowych, że prawidłowe ich użytkowanie wymaga sporej wiedzy. Co więcej, mniej doświadczeni użytkownicy mogą popełniać błędy prowadzące do otrzymywania całkowicie niepoprawnych wyników, czego nawet mogą nie być świadomi. Pozostaje też kwestia umiejętności wykorzystania wszystkich możliwości sprzętu. Wszak każda funkcja znajduje odbicie w jego cenie.

1. Jak w sposób automatyczny wyszukać większą ilość interesujących zdarzeń w całym rekordzie akwizycji oscyloskopu cyfrowego?

Metody wyszukiwania zdarzeń w rekordzie różnią się co do szczegółów w oscyloskopach różnych producentów, nie mniej jednak spróbujemy sformułować pewne generalne zasady.

Interesujące nas zdarzenia mogą być poszukiwane w przebiegach pochodzących bezpośrednio z kanałów pomiarowych, z zapisanych w pamięci przebiegów referencyjnych, przebiegów będących wynikiem obliczeń matematycznych itp. Poszukiwania mogą być prowadzone w czasie trwania akwizycji, albo gdy jest ona zatrzymana (na danych zapisanych w rekordzie). W większości zaawansowanych oscyloskopów poszukiwanymi zdarzeniami są zdarzenia wykorzystywane do wyzwalania akwizycji. Zależność ta jest zresztą wzajemna, co oznacza, że warunek poszukiwań może być później zastosowany jako warunek wyzwalania. Oba rodzaje zdarzeń są definiowane w identyczny sposób, w identycznie wyglądających oknach.

Przykład takiego okna przedstawiono na rysunku 1. Jednak o ile zdarzenie wyzwalające musi być określone jednoznacznie, przez wskazanie jednego, określonego typu, to do poszukiwania można wykorzystywać kilka zupełnie różnych zdarzeń, pomiędzy którymi określane są relacje logiczne. Wyniki takich poszukiwań są wizualizowane w różny sposób. Spotykane są na przykład tabele zawierające stemple czasowe przypisane do poszukiwanych zdarzeń oraz inne informacje z nimi związane, takie jak indeksy, typy zdarzeń, numer kanału pomiarowego, poziomy napięć itp. Wyniki można też obserwować w oknie zoomu, a dobierając stopień powiększenia uzyskujemy dostęp do interesujących nas szczegółów zdarzenia (rysunek 2). Jest to zwykle najbardziej czytelna forma wizualizacji rezultatów poszukiwań.

Rys. 1. Okno definiowania zdarzenia poszukiwanego w rekordzie akwizycji 

Rys. 2. Okno z wynikami poszukiwanych zdarzeń

Znalezione miejsca są często zaznaczane markerami, umieszczanymi na przykład nad przebiegiem w postaci małych trójkącików. Do przemieszczania się pomiędzy kolejnymi zdarzeniami wykorzystywane jest specjalne pokrętło mechaniczne oraz przyciski nawigacyjne umieszczone na płycie czołowej oscyloskopu. Proces ten może przebiegać w trybie ręcznym lub automatycznym. W oscyloskopach z ekranem dotykowym nawigacja jest też obsługiwana przez wyświetlane na ekranie okno z wirtualnymi przyciskami (rysunek 3). 

Rys. 3. Okno z wirtualnymi przyciskami nawigacyjnymi 

2. Jaka jest zależność pomiędzy szybkością próbkowania, podstawą czasu rejestracji oraz długością akwizycji oscyloskopu cyfrowego?

Wszystkie, wymienione w pytaniu parametry są ze sobą powiązane dość oczywistymi zależnościami, które jednak w ogólnym przypadku mogą być bardzo mylące. Załóżmy na przykład, że w danym oscyloskopie próbkowanie sygnału wejściowego zachodzi z szybkością f_s=2 GSa/s, a dane są zapisywane do rekordu mogącego pomieścić N=10000 próbek. Zostanie więc on zapełniany w całości w czasie zaledwie t_A=N/f_s=5 µs, co przy 10 działkach widocznych na ekranie odpowiada podstawie czasu równej 500 ns/dz. Liczba próbek zapisanych w rekordzie jest zwykle większa od tej, która jest wymagana do wykreślenia oscylogramu przy danej rozdzielczości ekranu (a dokładniej fragmentowi ekranu liczonemu w pikselach, przeznaczonemu na oscylogram, z pominięciem np. menu). Zauważmy jednak, że przy odpowiednio długiej podstawie czasu, np. 1 ms/dz w naszym przykładzie, dane zapisane nawet w całym rekordzie wystarczyłyby do wykreślenia zaledwie niewielkiego fragmentu oscylogramu. Aby uniknąć tej niedogodności, szybkość próbkowania oscyloskopów cyfrowych jest więc zmieniana automatycznie w zależności od ustawionej podstawy czasu – im dłuższa podstawa czasu, tym wolniejsza jest prędkość próbkowania. Wprawdzie w każdym oscyloskopie cyfrowym można doszukać się w którymś z menu informacji o tym, jaka jest aktualna częstotliwość próbkowania, ale na ogół nie jest ona wyświetlana na bieżąco. A jak pamiętamy z teorii, częstotliwość ta rzutuje na maksymalną częstotliwość sygnału mierzonego. Okazuje się więc, że wydłużając postawę czasu zmniejszamy jednocześnie pasmo pomiarowe oscyloskopu. Dotyczy to oczywiście tylko procesu przetwarzania cyfrowego, parametry analogowe pozostają niezmienne. Niezauważenie tego faktu, o co nie jest wcale tak trudno, objawia się aliasingiem, który w specyficznej sytuacji może doprowadzić do wyświetlenia ładnie wyglądającego przebiegu, lecz o zupełnie fałszywych parametrach czasowych. Podejrzenie może wzbudzać nienaturalna trudność z uzyskaniem stabilnej synchronizacji przebiegu. Jeśli natomiast w takiej sytuacji zostanie włączona analiza FFT, to jej wyniki będą całkowicie błędne, o czym można zupełnie nie zdawać sobie sprawy. Na rysunku 4 przedstawiono taki przypadek. Podstawa czasu ustawiona na 5 ms/dz spowodowała w rozpatrywanym oscyloskopie ustawienie szybkości próbkowania na 10 kSa/s, co zgodnie z twierdzeniem o próbkowaniu ograniczyło pasmo badanego sygnału do 5 kHz. Na rysunku 4a przedstawiono wynik pomiaru sygnału o częstotliwości 4,5 kHz, i jak widać wskazania są prawidłowe. Po przełączeniu częstotliwości badanego sygnału na 5,5 kHz oscylogram zasadniczo nie różni się od poprzedniego, natomiast kursorowy pomiar prążka badanego sygnału dał wynik podobny, jak w poprzednim przypadku, czyli także 4,5 kHz, co jest oczywistym błędem.

Rys. 4. Błąd obliczeń FFT wynikający z aliasingu

Relacje między podstawą czasu a prędkością próbkowania zostały mniej więcej wyjaśnione, nadal jednak niejasny może być związek obu tych parametrów z długością rekordu. Wątpliwość może być potęgowana faktem, że na rynku są dostępne oscyloskopy wysokiej klasy, z których jedne dysponują bardzo długim rekordem, inne zaś zadziwiająco wręcz krótkim. Jak się jednak okazuje, oba typy przyrządów cieszą się uznaniem użytkowników, i doskonale sprawdzają się w zaawansowanych pomiarach, chociaż każdy z nich wykazuje swoją wyższość przy rozwiązywaniu określonych zagadnień. Oscyloskopy z krótkim rekordem charakteryzują się zwykle większą szybkością rejestracji. Oznacza to, że mogą one wyświetlić więcej przebiegów w jednostce czasu (wfms/s – ramki na sekundę), a cecha ta jest przydatna np. podczas poszukiwania przypadkowych zakłóceń w sygnale. Wynika to choćby z prostej statystyki. W oscyloskopach z krótkim rekordem przebieg jest analizowany przez efektywnie dłuższy czas w określonym przedziale niż w oscyloskopie z długim rekordem (rysunek 5). Długi rekord natomiast pozwala próbkować sygnał z większą częstotliwością w dłuższym przedziale czasu. W tym przypadku należy liczyć się jednak ze stosunkowo długim czasem martwym, w którym oscyloskop obrabia zebrane dane i tworzy na ich podstawie oscylogram. W czasie martwym nie są pobierane dane, więc ewentualne zakłócenia, które mogą wówczas wystąpić zostaną niezauważone. Długi rekord będzie na pewno bardziej korzystny w pomiarach jednorazowych. Pozwoli bardzo dokładnie analizować przebieg w relatywnie długim odcinku czasu. Cechę tę powinny mieć oscyloskopy wykorzystywane np. do analizy działania szeregowych interfejsów komunikacyjnych.

Rys. 5. Efektywny czas analizy przebiegu w oscyloskopach: a) z krótkim rekordem, b) z długim rekordem