Można się zastanawiać, czy w Polsce nie nastąpił już stan nasycenia oscyloskopami. Na naszym rynku obecnych jest wielu dystrybutorów różnych marek, sprzęt można kupować także w sklepach internetowych. Oscyloskopy różnej klasy są dosłownie na wyciągnięcie ręki. Duży popyt można przynajmniej częściowo tłumaczyć postępem technologicznym, dzięki któremu znacznemu skróceniu uległ czas opracowywania nowych rodzin urządzeń. Przy akceptowalnych cenach użytkownicy chętnie wymieniają nawet sprawne jeszcze przyrządy pomiarowe na nowsze. Oferta Rigola doskonale dopasowuje się do tego trendu.

Jednym z czynników decydujących o wyborze oscyloskopu jest cena, a ta ustalana jest na podstawie parametrów technicznych i możliwości funkcjonalnych przyrządu. Stosując gradację cen producenci łatwiej docierają do potencjalnych klientów, od tych najmniej wymagających, wykorzystujących oscyloskopy niemal wyłącznie do podstawowych pomiarów, po profesjonalistów, którzy bez oscyloskopu nie mogliby prowadzić złożonych pomiarów. W ofertach wszystkich producentów znajdujemy zwykle kilka rodzin grupujących przyrządy o zbliżonych cechach użytkowych i parametrach technicznych. U Rigola są to rodziny: DS1000, DS2000, DS4000, DS6000, a także MSO2000 i MSO4000. Uwagę zwracają oczywiście dwie ostatnie rodziny (MSO) stanowiące rozszerzenie odpowiadających im rodzin DS o wbudowany analizator stanów logicznych. W artykule opisano oscyloskop MSO2102A.

Wbudowany analizator stanów logicznych

Opis oscyloskopu MSO2102A rozpoczynamy od bloku funkcjonalnego odróżniającego rodzinę MSO od DS, a jest nim analizator stanów logicznych. W pozostałej części przyrządy MSO są zgodne z ich odpowiednikami DS.

Integracja kilku przyrządów pomiarowych w jednym stała się naturalną formą rozwoju oscyloskopów cyfrowych. Połączenie analizatora stanów logicznych i oscyloskopu wydaje się szczególnie oczywiste z uwagi na podobieństwo działania obu przyrządów. W starszych modelach pewnym problemem była stosunkowo mała rozdzielczość wyświetlaczy. Obecnie, choć apetyt rośnie w miarę jedzenia, parametr ten jest w zupełności wystarczający. Oscylogramy wyświetlane na ekranie zawierają wiele szczegółów, są bardzo czytelne (rys. 1).

Rys. 1. Przebiegi cyfrowe wyświetlane na ekranie oscyloskopu MSO2102A przez funkcję analizatora stanów logicznych

Kolejnym elementem poddawanym integracji jest generator arbitralny. W ofercie Rigola znajdują się takie modele. Mają one sufiks –S w oznaczeniu modelu, np. MSO2102A-S. W niniejszym artykule nie będziemy się jednak nim zajmować. Jeden z przodujących producentów sprzętu pomiarowego poszedł jeszcze dalej dodając do oscyloskopu kolejny blok – analizator widma, ale w tym przypadku mówimy o zupełnie innej klasie urządzeń. 

Wracamy zatem do analizatora stanów logicznych oscyloskopu MSO2102A. Dwie 8-kanałowe sondy cyfrowe są dołączane do oscyloskopu przez gniazdo adaptera znajdujące się pod wyświetlaczem. Odchodzą od niego dwie taśmy o długości ok. 1 metra, na końcach których znajdują się sondy. Badany układ jest dołączany do nich za pośrednictwem przewodów przystosowanych do łączówek szpilkowych. Mogą być też do nich zakładane miniaturowe chwytaki.

Analizator stanów logicznych jest uruchamiany po naciśnięciu przycisku LA, który znajduje się pod pokrętłem uniwersalnym na płycie czołowej oscyloskopu. Na wyświetlaczu oprócz przebiegów analogowych pojawiają się wówczas przebiegi cyfrowe. Użytkownik może rozmieścić je na ekranie w dogodny, czytelny sposób (rys. 2). Wielkość oscylogramów cyfrowych jest ustawiana w 3-stopniowym zakresie (Low, Medium, High). W przypadku obserwowania dużej liczby sygnałów cyfrowych największy rozmiar są automatycznie blokowane, aby wszystkie przebiegi mogły zmieścić się na ekranie. Użytkownik selektywnie wybiera linie cyfrowe do pomiarów, może je ponadto grupować, co ułatwia analizę dużej liczby sygnałów.

Rys. 2. Jednoczesna obserwacja sygnałów cyfrowych i analogowych na ekranie oscyloskopu MSO2102A

Linie każdej z dwóch sond cyfrowych są traktowane jako dwie niezależne równoległe szyny maksymalnie 8-bitowe, albo jedna 16-bitowa. Po uaktywnieniu odpowiednich opcji stany występujące na takich szynach są wyświetlane w dolnej części ekranu w wybranych formatach (np. hex, bin, ASCII). Należy podkreślić, że nie można utworzyć dwóch szyn zdefiniowanych sygnałami pochodzącymi tylko z jednej sondy cyfrowej. Zupełnie niezależne są też dwie szyny definiowane w funkcji analizatora protokołów, uruchamianej przyciskami Decode1 i Decode2. Analizator protokołów jest kolejnym, tym razem wirtualnym przyrządem oscyloskopu MSO2102A. Będzie o tym jeszcze mowa w dalszej części artykułu. Na rys. 3 przedstawiono pomiar wykorzystujący kombinację różnych kanałów oscyloskopu. Widoczny jest przebieg analogowy z kanału CH1, przebiegi cyfrowe D0, D1 przechwytywane przez pierwszą sondę cyfrową, przebiegi D8, D9 pochodzące z drugiej sondy cyfrowej oraz zdekodowany analizatorem protokołów stan szyny równoległej złożonej z linii D8 i D1 (z dwóch sond cyfrowych).

Rys. 3. Oscylogram składający się z przebiegów pochodzących z dwóch szyn cyfrowych, wirtualnej szyny zdefiniowanej w analizatorze protokołów oraz przebiegu analogowego

Aktualnie w technice cyfrowej wykorzystywanych jest kilka standardów technologicznych. Oscyloskop MSO2102A ma predefiniowane progi napięciowe dla układów: TTL, 5.0V CMOS, 3.3V CMOS, 2.5V CMOS, 1.8V CMOS, ECL, PECL, LVDS i 0V. Możliwe jest też ustawienie dowolnego progu własnego (opcja „User Def”). W pomiarach zależności czasowych między poszczególnymi sygnałami cyfrowymi istotna jest kompensacja opóźnień wnoszonych przez zastosowaną sondę. Oprogramowanie oscyloskopu MSO2102A umożliwia dokonanie odpowiedniej korekcji. Czynność tę warto wykonywać przy każdej zmianie połączeń, opóźnienie może być różne nawet dla sond jednego typu. Na rys. 4a przedstawiono oscylogram otrzymany przy zastosowaniu sondy nieskompensowanej. Widoczne jest wyraźne przesunięcie między zboczem, na którym powinno nastąpić wyzwolenie a faktycznym punktem wyzwolenia sygnalizowanym znacznikiem. Po dokonaniu odpowiedniej korekcji oscyloskop jest już wyzwalany niemal dokładnie na zboczu (rys. 4b).

Rys. 4. Oscylogramy sygnałów cyfrowych a) pomiar sondą z nieskorygowanym opóźnieniem, b) pomiar z korekcją opóźnienia sondy