Przyjęta przed kilku laty przez firmę Tektronix strategia zakładająca produkcję oscyloskopów zdolnych do wykonywania jednoczesnych pomiarów w dziedzinie czasu i częstotliwości jest w skali światowej unikatowa. Podobnej nie podejmuje jak na razie żaden z konkurentów. Ograniczają się oni co najwyżej do standardowej analizy FFT sygnałów pobieranych z wejść oscyloskopowych. Trudno więc stwierdzić, czy Tektronix z dużym wyprzedzeniem lansuje trend ogólnoświatowy, czy pozostanie on tylko jako własne rozwiązanie tej firmy. Należy zauważyć, ze zwykle producenci obserwują się bacznie, i każda podpatrzona innowacja bywa kopiowana pod taką czy inną postacią pozwalającą w miarę możliwości omijać prawa patentowe.

Na czym więc polega koncepcja pomiaru w dwóch dziedzinach i jakie wynikają z tego korzyści? Zacznijmy od korzyści. Badanie widma przy użyciu zwykłego oscyloskopu cyfrowego wymaga uruchomienia funkcji FFT. Kształt obliczonego widma w dużym stopniu jest zależny od szybkości próbkowania, która z kolei zmienia się wraz z wyborem podstawy czasu. Chcąc zwiększać rozdzielczość analizy FFT należy wybierać szybsze podstawy czasu, ale skutkuje to skracaniem widocznego na ekranie przedziału czasowego przebiegu. Jeśli badany sygnał ma złożoną budowę, to analiza FFT da pewien łączny wynik odpowiadający tym danym, które zostały zapisane w rekordzie akwizycji. Nie jest więc możliwe określenie widma dla wskazanego fragmentu przebiegu, a przynajmniej bardzo trudno to uzyskać. Najprostszym przykładem jest modulacja FSK. W sygnale takim występują co najmniej dwie kluczowane częstotliwości i analiza widma za pomocą funkcji FFT da takim przypadku w wyniku dwa prążki. Jest to wynik w zasadzie prawidłowy, z tym że jeśli dokładniej przyjrzeć się temu widmu, to okaże się, że prążki występują tylko w chwilach emisji odpowiadających im częstotliwości.

W oscyloskopach MDO4000 możliwa jest bezpośrednia obserwacja zależności między wybranym fragmentem przebiegu czasowego i jego widmem. Istotna różnica polega na tym, że sygnał poddawany analizie widmowej jest pobierany z wydzielonego wejścia w.cz. (RF), z którego jest kierowany do niezależnego od części oscyloskopowej układu akwizycji. Mimo to zachowana jest pełna korelacja czasowa pomiędzy sygnałem pochodzącym z tego wejścia i sygnałami pobieranymi z wejść oscyloskopowych. Na rys. 1 przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów układu kluczującego częstotliwość. Okno wykresów wyświetlanych w górnej części ekranu jest przeznaczone dla przebiegów określanych w dziedzinie czasu. I tak przebieg f=f(t) przedstawia zmiany częstotliwości badanego sygnału wyjściowego w czasie – obserwujemy 3 kluczowane częstotliwości: f1, f2 i f3. Sekwencja przełączająca jest inicjowana sygnałem „Trigger” widocznym w górnej części ekranu. Możliwe jest również przedstawienie zależności amplitudy i fazy sygnału w.cz. od czasu. Wykres u=f(f) wyświetlany w dolnej części ekranu to widmo sygnału zmierzone dla przedziałów czasowych odpowiednio 1, 2 i 3 (rys. 1a, b, c). Jak widać, w wyniku przesuwania znacznika czasowego widma umieszczanego na wykresie czasowym, zmienia się też kształt widma. Oba rodzaje oscylogramów – czasowy i częstotliwościowy – mogą być wyświetlane również na całym ekranie.

Rys. 1. Przykładowe wyniki pomiaru generatora VCO w.cz., a) przebieg czasowy i widmo dla częstotliwości f1, b) dla częstotliwości f2, c) dla częstotliwości f3

Tektronix określa oscyloskopy rodziny MDO4000 jako urządzenia integrujące 6 przyrządów pomiarowych. Są to:

• oscyloskop cyfrowy,
• analizator stanów logicznych,
• analizator protokołów magistral szeregowych,
• analizator widma,
• generator arbitralny,
• multimetr cyfrowy i częstościomierz

O każdym z tych przyrządów, oprócz multimetru cyfrowego i analizatora protokołów, można powiedzieć, że jest urządzeniem rzeczywistym, to znaczy takim, które zostało zrealizowane z użyciem dedykowanej części sprzętowej. Analizator protokołów jest przyrządem wirtualnym wykorzystującym sprzętowe zasoby analizatora stanów logicznych. Podobnie multimetr cyfrowy, to przyrząd zrealizowany programowo, wykorzystujący sprzętowe zasoby oscyloskopu. Dzięki zastosowaniu zaawansowanej technologii producentowi udało się na tyle zminiaturyzować poszczególne moduły pomiarowe, aby można je było umieścić w jednej obudowie. Na szczególne uznanie zasługuje integracja analizatora widma zawierającego wyodrębniony tor pomiarowy z gniazdem wejściowym „RF” umieszczonym na płycie czołowej. Zapewne tylko niewiele mniej wysiłku wymagała integracja generatora arbitralnego. Szkoda, że zmieścił się tylko jeden kanał. W praktyce inżynierskiej często przydatne są co najmniej dwa sygnały analogowe.

Oscyloskop

Opisując oscyloskop MDO4104C można nieco żartobliwie stwierdzić, że zawiera on w sobie wysokiej jakości część oscyloskopową. Mimo, że z użytkowego punktu widzenia mamy do czynienia z sześcioma przyrządami pomiarowymi, to najważniejsze funkcje są związane właśnie z oscyloskopem. Jako taki przyrząd MDO4104C można z czystym sumieniem zakwalifikować do urządzeń najwyższej klasy. Oprócz parametrów technicznych decydują o tym także dostępne tryby pracy, wyzwalania, przeszukiwania, pomiary automatyczne i obliczenia matematyczne. Jedną z cech wyróżniających jest zastosowana do wyświetlania oscylogramów technologia Digital Phosphor przydatna szczególnie podczas wykrywania przypadkowych anomalii, wykorzystywana także przy tworzeniu spektrogramów w analizatorze widma. Technologia ta jest uruchamiana po wybraniu opcji „FastAcq”, która jest dostępna w menu wyboru trybów akwizycji. Do tak tworzonych oscylogramów może być użyta jedna z czterech palet: Temprature, Spectral, Normal i Inverted (rys. 2). Implementacja akwizycji „FastAcq” była możliwa dzięki zdolności do przechwytywania bardzo dużej liczby ramek na sekundę w oscyloskopach MDO4000. Przykładowo, w modelu MDO4104C parametr ten przekracza wartość 340000 ramek na sekundę. Losowe anomalie sygnału są więc z dużym prawdopodobieństwem przechwytywane i wyświetlane na ekranie. Taki przypadek jest dobrze widoczny na rys. 2.

Rys. 2. Oscylogramy tworzone w technologii Digital Phosphor z akwizycją FastAcq, na których są widoczne zakłócenia przypadkowe