Analog Discovery 2 – zintegrowane laboratorium pomiarowe na USB [TEST]

Czy można poprawić ideał? Pytanie jest raczej retoryczne – ideał to ideał. Ideał jest najwyższą formą doskonałości, więc nie można go poprawić. Jest jednak jedno „ale” – ideały nie istnieją w świecie rzeczywistym. Zdając sobie z tego sprawę człowiek zawsze będzie ulepszał to, co zrobił wcześniej.

 

 

 

Pierwszy przyrząd Analog Discovery pojawił się w roku 2012 i od razu wzbudził uznanie użytkowników. Tak udanego kompaktowego laboratorium pomiarowego wcześniej chyba nie było. W pudełku mieszczącym się na dłoni (dosłownie) zawarto: oscyloskop, generator arbitralny, generator przebiegów cyfrowych, analizator stanów logicznych, 16 statycznych portów we/wy, analizator obwodów wykorzystywany do badania charakterystyk częstotliwościowych czwórników, analizator widma, 2-kanałowy woltomierz, podwójny zasilacz +5 V i –5 V oraz stereofoniczne wyjście audio odtwarzające przebiegi generatora arbitralnego. Wszystkie powyższe komponenty urządzenia działającego jako przystawka USB do komputera obsługiwane były przez niemal bezbłędne oprogramowanie o przemyślanym interfejsie użytkownika i dopracowanych szczegółach graficznych. Po cóż więc ulepszać coś, co wydaje się idealne?

Odpowiedź na to pytanie jest prosta: bo minęły trzy lata od pierwszej konstrukcji, bo pojawiły się nowe podzespoły, które mogłyby pozytywnie wpłynąć na poprawę parametrów elektrycznych, bo zgromadzono spostrzeżenia i uwagi użytkowników na temat pierwszej wersji urządzenia, bo jednak nie wszystko było idealne itd., itd. Poza tym, gdyby świat nie szedł do przodu, to by się cofał – to stara, dobrze znana prawda.

Digilent – producent zestawów Analog Discovery uznał więc, że trzy lata do dostatecznie długi czas na wykonania kolejnego ruchu. Jednym z najważniejszych celów była poprawa i tak niezłych parametrów elektrycznych urządzenia.

 

Uwaga! Pod adresem dostępny jest cykl artykułów prezentujących od strony praktycznej możliwości przyrządu Analog Discovery pierwszej generacji.

 

Narzędzie „szyte na miarę”

Wielu czytelników traktuje przystawki USB do komputera jako, urządzenia gorszego sortu, jakby to powiedzieli nasi wschodni sąsiedzi. Traktują je jako zabawki dla amatorów i młodzieży poznającej dopiero tajniki wiedzy związanej z elektroniką. Uważają, że przystawki USB niejako z definicji nie mogą spełnić wymagań profesjonalistów, i że właściwie nie warto poświęcać im czasu. No bo czy można traktować serio oscyloskop próbkujący z szybkością 100 MSa/s w czasach, gdy nawet amatorskie oscyloskopy cyfrowe robią to co najmniej 10, 20 razy szybciej? Niezbędne są więc symboliczne dwa słowa wyjaśnienia.

Geneza powstania Analog Discovery jest faktycznie związana z edukacją. W istocie urządzenie to zostało skonstruowane nie po to, by zainteresować nim profesjonalistów prowadzących skomplikowane badania naukowe, dokonujących złożone pomiary, lecz na potrzeby dwóch nauczycieli akademickich prowadzących zajęcia z elektroniki. Po prostu brakowało im w pracy przyrządów pomiarowych, które mogliby wykorzystywać na zajęciach laboratoryjnych. Panowie ci wzięli się ostro do pracy i skonstruowali narzędzie „szyte na miarę”. Zawarli w nim wszystko to, co było im potrzebne, a przy okazji okazało się, że efekt pracy jest na tyle dobry, że nadaje się do powielania jako wyrób komercyjny. Można zaryzykować twierdzenie, że na rynku trudno by było znaleźć urządzenie tej klasy, które dorównywałoby parametrami technicznymi i cechami funkcjonalnymi

Najważniejszy cel, jakim była funkcjonalność urządzenia został zrealizowany z nawiązką. Prostota i intuicyjność obsługi każdego wirtualnego przyrządu wchodzącego w skład zestawu Analog Discovery 2 jest nie do przecenienia. Dysponując nim można opracowywać szereg niezwykle atrakcyjnych eksperymentów nie tylko zresztą z elektroniki.

 

Poprawa parametrów technicznych

Można powiedzieć, że Analog Discovery został gruntownie przebudowany. Zmieniono wszystko co było możliwe do zmiany, a więc: zmodyfikowano rozwiązania sprzętowe i wewnętrzny firmware, napisano nowe oprogramowanie komputerowe obsługujące urządzenie, a nawet mocno popracowano nad designem. W wyniku prac powstała bardzo efektowna obudowa z przezroczystego plastiku, umożliwiająca zajrzenie do środka urządzenia (fot. 1). Na uznanie zasługuje jakościowy skok parametrów (tab. 1). Obecnie, po zastosowaniu adaptera dla sond BNC pasmo oscyloskopu jest szersze od 30 MHz (w pierwszej wersji urządzenia pasmo było równe 5 MHz). Poprawiono również pasmo sygnału generowanego przez generator arbitralny. Obecnie z adapterem BNC jest ono lepsze od 12 MHz.

 

Fot. 1. Efektowna obudowa Analog Discovery 2 

 

Tab. 1. Najważniejsze parametry techniczne Analog Discovery 2

Oscyloskop
Liczba kanałów 2
Rodzaj wejść różnicowe
Impedancja wejściowa 1 MΩ || 24 pF
Rozdzielczość 14 bitów
Rozdzielczość absolutna 0,32 mV (<=0,5 V/dz) 3,58 mV (>=1 V/dz)
CMMR (typowo) +/-0,5%
Maksymalne napięcie wejściowe +/-25 V (+/-50 V różnicowo)
Zakres skalowania 500 μV/dz…5 V/dz
Zakres offsetu DC +/-5 V
Szybkość próbkowania 100 MSa/s,
Tryby próbkowania Average, decimate, min/max
Pasmo analogowe z adapterem BNC: >30 MHz @3 dB, 10 MHz @0,5 dB, 5 MHz @0,1 dB, z wyprowadzeniami standardowymi (kabelki): 9 MHz @3 dB, 2,9 MHz @0,5 dB, 0,8 MHz @0,1 dB,
Długość bufora 16 kpróbek/kanał
Źródła wyzwalania ( cross-triggering ) analizator logiczny, generator arbitralny, generator przebiegów cyfrowych, sygnał zewnętrzny
Wyświetlanie przebiegów analogowych i cyfrowych w jednym oknie tak
Generator arbitralny
Liczba kanałów 2
Amplituda sygnału +/-5 V
Rozdzielczość 14 bitów s
Rozdzielczość absolutna 166 μV (amplituda <=1 V)/665 μV (amplituda >1 V)
Szybkość próbkowania 100 MSa/s
Pasmo sygnału z adapterem BNC: 12 MHz @3 dB, 4 MHz @0,5 dB, 1 MHz @0,1 dB, z wyprowadzeniami standardowymi (kabelki: 9 MHz @3 dB, 2,9 MHz @0,5 dB, 0,8 MHz @0,1 dB,
Slew Rate 400 V/μs
Długość bufora 16 kpróbek/kanał
Przebiegi standardowe Sinus, prostokąt, trójkąt itp.
Modulacja AM, FM
Przebiegi arbitralne edycja własnych przebiegów we wbudowanym edytorze, import z programów zewnętrznych (np. z Excela)
Stereofoniczny wzmacniacz audio
Wyjścia słuchawkowe/głośnikowe  – możliwość odtwarzania sygnałów z generatora arbitralnego
Analizator stanów logicznych
Liczba kanałów 16
Standard napięciowy we/wy 1,8/3,3 V (5 V tolerant) LVCMOS
Szybkość próbkowania 100 MSa/s
Długość bufora dla każdego kanału 16 kpróbek
Wyzwalanie zmiana stanu wyprowadzenia, stan szyny
Źródła wyzwalania ( cross-triggering ) wejścia analogowe, analizator logiczny, generator przebiegów cyfrowych, sygnał zewnętrzny
Analiza protokołów SPI, I2C, UART, równoległy
Generator przebiegów cyfrowych
Liczba kanałów 16
Standard napięciowy 3,3 V, 12 mA LVCMOS
Szybkość próbkowania 100 MSa/s
Zasada pracy Algorytmiczny generator przebiegów cyfrowych bez buforowania
Długość bufora dla każdego kanału 16 kpróbek
Statyczne porty we/wy
Liczba we/wy 16 wyprowadzeń pracujących jako wejścia lub wyjścia
Standard napięciowy we 1,8/3,3 V (5 V tolerant) LVCMOS
Standard napięciowy wy 3,3 V, 12 mA LVCMOS
Funkcje wirtualne przyciski, przełączniki, diody LED, wskaźniki paskowe
Wyzwalanie
Typy wyzwalania wewnętrzne, zewnętrzne
Standard napięciowy 3,3 V CMOS
Liczba wejść/wyjść wyzwalających 2 (możliwość łączenia kilku urządzeń wyzwalanych wspólnie)
Tryby wyzwalania zboczem, impulsem, nachyleniem zbocza
Woltomierz
Liczba kanałów 2
Typy wejść różnicowe
Pomiary DC, True RMS, AC RMS
Rozdzielczość 14 bitów
Zakres napięć wejściowych +/-25 V (50 V różnicowo)
Dokładność +/-5 mV (dla zakresu <=0,5 V/dz +/-50 mV (dla zakresu <=1 V/dz
Zakres napięć wejściowych +/-25 V
Impedancja wejściowa 1 MΩ || 24 pF
Wykres trendu tak
Analizator obwodów służący do pomiarów charakterystyk częstotliwościowych
Pasmo analizowane 1 Hz…10 MHz
Rodzaje wykresów Uwy=f(f) @Uwe=const, Bode, Nyquist, Nichols
Liczba kroków częstotliwości 5…1000
Ustawianie amplitudy i offsetu tak
Analizator widma
Zakres częstotliwości 0…50 MHz (5 podzakresów)
Liczba kanałów 2
Metody analizy FFT, CZT
Tryby ustawiania zakresów center/span, start/stop
Skalowanie częstotliwości liniowe, logarytmiczne
Skalowanie napięć voltage-peak, voltage-RMS, dBV, dBu
Typy okien rectangular, triangular, hamming, Cosine
Pomiary automatyczne i kursorowe noise floor, SFDR, SFDRFS, SNR, SNRFS, THD, SINAD, ENOB, harmoniczne (1…10), ENBW, RBW, FS, DNR itp.

O autorze

Jarosław Doliński

Jarosław Doliński jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Pracował w Przemysłowymi Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Brał także udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych.
Obecnie prowadzi firmę zajmująca się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego.
Jest autorem czterech książek poświęconych elektronice i mikrokontrolerom, współpracuje ponadto z miesięcznikami „Elektronika Praktyczna”, „Elektronik” oraz „Świat Radio”.