W konwencjonalnych oscyloskopach wyzwalanie jest realizowane jako układ analogowy, pokazany na rysunku 3-4 w postaci osobnego bloku. Układ wyzwalania tego typu wykorzystuje ten sam sygnał wejściowy, co przetwornik A/C, ale stanowi osobną ścieżkę sygnałową równoległą do przetwornika. Różnica występująca między ścieżkami nie może zostać skompensowana we wszystkich warunkach pracy dla każdej wartości sygnału. Prowadzi to do powstania jitteru wyzwalania widocznego jako różnica między wyświetlanym przebiegiem punktem wyzwolenia. Co gorsza, zwiększenie rozdzielczości przetwornika A/C nie prowadzi do poprawy czułości analogowego układu wyzwalania.
Oscyloskopy RTO oraz RTE nie mają analogowego układu wyzwalania, korzystają za to z wyzwalania cyfrowego. Taki układ wyzwalania śledzi zdarzenia wyzwalające w sygnale na wyjściu przetwornika A/C, zanim zostanie on przetworzony. Blok wyzwalania jest zaznaczony na rysunku 3-4 kolorem niebieskim. Redukcja szumów w trybie HD zachodzi w bloku akwizycji, zatem również cyfrowy układ wyzwalania pracuje lepiej za sprawą obniżonego poziomu szumów w trybie HD, niezależnie od wysokiej czułości układu wyzwalania. To udoskonalenie działa dla wszystkich trybów wyzwalania dostępnych w urządzeniach RTO i RTE.
W tabeli 2. została porównana czułość układów wyzwalania w oscyloskopach o tradycyjnej architekturze i architekturze RTO/RTE o różnej rozdzielczości cyfrowego układu wyzwalania. Tabela zawiera informacje o dostępnym paśmie kanału, nominalnej rozdzielczości i paśmie układu wyzwalania wraz z jego czułością. Aby móc odnieść czułość układu wyzwalania do nominalnej rozdzielczości, w dolnym wierszu czułość została wyrażona w wartościach najmłodszego bitu zamiast w działkach oscyloskopu.
- Czułość bez trybu HD
- Pasmo układu wyzwalania jest znacznie ograniczone w stosunku do pasma kanału
Tabela 2 pokazuje wyraźnie zalety cyfrowego układu wyzwalania. Oscyloskop z taką architekturą ma czułość na poziomie 1 najmłodszego bitu, natomiast tradycyjne oscyloskopy mają czułość wielokrotnie gorszą. Oscyloskopy wysokiej rozdzielczości nie skalują czułości odpowiednio do swojej rozdzielczości – często uzyskują spadek czułości lub ograniczenie pasma układu wyzwalania.
Warto zauważyć, że w przeciwieństwie do trybu HD, wysoka rozdzielczość nie zwiększa czułości układu wyzwalania.
4. Przykładowe pomiary w trybie HD
4.1. Wizualizacja zwiększenia rozdzielczości pionowej
Oscyloskopy RTO i RTE mogą w łatwy sposób pokazać zwiększenie rozdzielczości pionowej (precyzji) w trybie HD. Rysunek 4-1 pokazuje przykładowy przebieg sygnału kalibrującego sondę o częstotliwości 1 kHz oraz jego powiększenie na ekranie oscyloskopu RTO z pasmem 4 GHz.
Ustawiając wyświetlanie przebiegu na linię kropkowaną i włączając interpolację (sample&hold ) można zaobserwować poziomy kwantyzacji 8-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego. Poziomy kwantyzacji zostały zmierzone za pomocą poziomych kursorów – w tym przypadku różnica wynosi 7,3 mV. Jest to zgodne z oczekiwaną wartością: 190 mV/div * 10 div /28.
Obrazek 4-1. Poziomy kwantyzacji w normalnym trybie pracy
Jest to domyślny tryb akwizycji w przyrządach RTO/RTE. Następnie został włączony tryb HD. W menu Mode pozycja Mode została zmieniona z „Normal” na „High definition”, a pasmo filtru ustawiono na 1 GHz. Na obrazku 4-2 widać wyraźną różnicę. Pomiędzy liniami kursorów pojawiły się 4 dodatkowe poziomy kwantyzacji. Odpowiada to zmianie rozdzielczości poziomej z 8 bitów na 10 bitów w trybie wysokiej rozdzielczości. Pasmo filtru jest równe 1 GHz.
Oscyloskopy RTO oraz RTE informują o aktywnym trybie HD na pasku sygnału. RTO informuje o ustawionym paśmie za pomocą ikony. Obie informacje są oznaczone czerwoną obwódką na obrazku 4-2.
Obrazek 4-2. Poziomy kwantyzacji w trybie HD
4.2. Detekcja małych sygnałów
W poprzedniej części został pokazany zysk w postaci zwiększonej rozdzielczości poziomej. Bardziej zbliżonym do rzeczywistości scenariuszem jest analiza silnego sygnału z małymi zaburzeniami. W takiej sytuacji wysoka rozdzielczość staje się bardzo pomocna, ponieważ zmniejszenie skali poziomej nie pozwoli przeanalizować zaburzeń. Sygnał wysokiej wartości przekroczy zakres pracy oscyloskopu i spowoduje przesterowanie – co uniemożliwia pomiar.
Obrazek 4-3 przedstawia sygnał sinusoidalny o amplitudzie 1 V i częstotliwości 5 kHz w maksymalnym powiększeniu. Na zrzucie ekranu widać, że sygnał zawiera wysoki poziom szumów, a zaburzenia są ledwo widoczne. Za pomocą kursorów można zmierzyć poziomy kwantyzacji co najwyżej 5,1 mV.
W takiej sytuacji tryb HD pozwala użytkownikowi zaobserwować więcej szczegółów sygnału (obrazek 4-4). Tryb jest włączany za pomocą menu wyboru trybu. Pasmo jest zawężane krok po kroku, dzięki czemu widać poprawę jakości wykresu. Przy paśmie 30 MHz powiększony fragment wykresu wyraźnie pokazuje zaburzenia sygnału.
Co więcej, tryb HD pozwala nie tylko wykryć słabe sinusoidalne zaburzenie, ale też je przeanalizować. Za pomocą kursorów możliwy jest pomiar częstotliwości zaburzenia 1,02 MHz i amplitudy 4,9 mV. Obie wartości dobrze pasują do parametrów, z którymi został wygenerowany ten złożony sygnał. Ten poziom amplitudy jest niższy, niż nominalna rozdzielczość przetwornika ADC – wartość najmłodszego bitu to 5,08 mV (130 mV/div * 10 div/28).
Obrazek 4-3. Analiza sygnału z rozdzielczością poziomą 8 bitów
Obrazek 4-4. Analiza sygnału w trybie HD
