Nie tylko generator

Oscyloskop DSOX1102G ma wbudowaną pomoc przydatną dla użytkowników stawiającym pierwsze kroki w pomiarach oscyloskopowych. Są w niej zwięźle wyjaśnione ogólne zasady korzystania z elementów regulacyjnych przyrządu, a do nauki obsługi mogą być wykorzystywane przebiegi ćwiczebne. Jest to całkiem spora kolekcja różnych sygnałów umożliwiających testowanie na przykład różnych trybów wyzwalania, dobierania optymalnych nastaw itp. (rys. 3). Należy jednak pamiętać, że sygnały te nie mogą być uznane jako testowe i raczej nie nadają się one do praktycznych pomiarów, a jedynie do ćwiczeń. Nie można na przykład regulować ich parametrów, dostępne są tylko te, które przewidział producent.

Rys. 3. Lista przebiegów ćwiczebnych

Analiza protokołów

Analiza protokołów to temat bardzo lubiany przez elektroników. Możliwości oscyloskopu DSOX1102G są w tym zakresie ograniczone przede wszystkim liczbą kanałów. Dotyczy to zwłaszcza interfejsów komunikacyjnych o dużej liczbie linii. Można więc zastanawiać się, czy w ogóle możliwe jest badanie na przykład mającego 4 linie interfejsu SPI oscyloskopem, w którym dostępne są tylko z 2 kanały? Okazuje się, że przy pewnych założeniach upraszczających jest to wykonalne. Należy tylko zdecydować, które linie są niezbędne, a które można pominąć. Na pewno nie można wyeliminować linii zegarowej. Na pewno nie można pozbyć się linii przesyłającej dane, ale problem polega na tym, że w interfejsie SPI są takie linie dwie. Należy więc zdecydować czy będzie badana transmisja od układu Master do układu Slave (linia MOSI) czy odwrotnie (linia MISO). Nie pozwoli to wprawdzie podglądać jak przebiega pełna konwersacja pomiędzy obydwoma układami, ale w wielu przypadkach i tak komunikacja jest jednokierunkowa, np. podczas sterowania wyświetlaczem przez procesor. Pozostaje jednak jeszcze linia CS uaktywniająca układ Slave, którą w zasadzie trudno zastąpić. Jeśli jednak przyjrzeć się komunikacji via SPI, można zauważyć, że często dane są wysyłane pakietami, pomiędzy którymi są wyraźnie widoczne przerwy (rys. 4). np. Wykrycie przerwy między impulsami zegarowymi o zadeklarowanym czasie trwania oznacza zdarzenie równoznaczne z uaktywnieniem sygnału CS, a tym samym rozpoczęcie analizy danych.

Gdyby jednak opisana metoda okazała się nieskuteczna w praktyce, na przykład z powodu różnych, a szczególnie bardzo krótkich przerw między pakietami, przewidziano również pewien specyficzny tryb pomiaru interfejsu SPI, w którym, tak jak w rzeczywistym układzie analizowane są stany linii CS. W tym przypadku linia ta jest dołączana do wejścia wyzwalania zewnętrznego i wybierany jest, co oczywiste, tryb wyzwalania sygnałem zewnętrznym. Chociaż sygnał CS nie jest widoczny na ekranie w czasie pomiaru, to oscylogram pozostaje stabilny i możliwe jest dekodowanie linii danych (MISO lub MOSI).

Rys. 4.  Komunikacja realizowana za pośrednictwem interfejsu SPI

Analizator rozpoznaje protokoły: CAN, I²C, LIN, SPI i UART/RS232. Standard elektryczny sygnałów na liniach tych interfejsów, a także charakterystyczne dla danego protokołu parametry (długość ramki, kolejność bitów, szybkość transmisji, polaryzacja itp.) wybiera użytkownik. Cenną zaletą jest możliwość wyzwalania charakterystycznymi zdarzeniami występującymi w każdym z powyższych protokołów, np. rozpoznaniem początku ramki, wystąpieniem określonego adresu czy zadeklarowanej danej itp. (rys. 5). Niestety, oscyloskop DSOX1102G nie ma funkcji przeszukiwania rekordu danych, więc wymienione możliwości wyzwalania z pewnością będą bardzo pomocne podczas badania urządzeń.  Istotną cechą jest ponadto możliwość korzystania z segmentacji pamięci w znacznym stopniu ułatwiająca wyszukiwanie rzadkich przypadkowo występujących zdarzeń, takich jak błędy transmisji, np. ACK ERROR, czy OVERLOAD FRAME w interfejsie CAN, a także wyszukiwanie transmisji określonego pakietu. Analiza protokołów jest w oscyloskopie DSOX1102G zrealizowana sprzętowo, co jest unikatowym rozwiązaniem w tej klasie przyrządów.

Rys. 5. Opcje wyzwalania zdarzeniami występującymi w interfejsie SPI

Kursorem albo multimetrem

Oscyloskop, jakby na niego nie patrzeć, jest przyrządem pomiarowym. Najbardziej naturalnym narzędziem wykorzystywanym do prowadzenia pomiarów są kursory ekranowe. Były one znane już w epoce oscyloskopów analogowych. W przyrządach cyfrowych nadal chętnie z nich korzystamy, mimo że wszystkie pomiary wykonywane za ich pomocą są dublowane przez tzw. pomiary automatyczne. Keysight umożliwił wybieranie podstawowej jednostki wskazującej położenie kursora. Dla kursorów pionowych może to być na przykład sekunda, herc, stopień lub procent. Dzięki temu bardzo łatwo, bez dodatkowych przeliczeń można wykonać np. pomiar szerokości impulsu lub częstotliwości. Podobnie wskazując zbocza przebiegu impulsowego można od razu uzyskać współczynnik wypełnienia, a gdy mierzone są dwa sygnały o tej samej częstotliwości tylko przesunięte w fazie, kursory natychmiast wyznaczą kąt tego przesunięcia (rys. 6). W ostatnim przykładzie konieczne jest jednak wcześniejsze wskazanie okresu badanego przebiegu, również za pomocą kursorów.

Rys. 6. Pomiar przesunięcia fazowego za pomocą kursorów

Pomiary automatyczne są uruchamiane wtedy, gdy zachodzi konieczność ciągłej obserwacji wyników bez wykonywania dodatkowych czynności, np. przesuwania kursorów. Lista mierzonych parametrów jest w oscyloskopie DSOX1102G dość bogata, zawiera 24 parametry. Ponieważ wyniki pomiarów wymagających całkowania mogą w kilku przypadkach zależeć od tego, jaki fragment przebiegu jest widoczny na ekranie, uwzględniono możliwość wyboru opcji automatycznego wykrywania okresu przebiegu lub pomiaru uwzględniającego całą szerokość ekranu. Za dodatkowy przyrząd pomiarowy można uznać wirtualny woltomierz/częstościomierz, który wyświetla wyniki na symulowanym wyświetlaczu ze wskaźnikami 7-segmentowymi. Aby nie zasłaniał oscylogramu, nadaje mu się atrybut przezroczystości lub umieszcza w rogu ekranu.

Pomiar charakterystyk częstotliwościowych

DSOX1102G jest prawdopodobnie pierwszym tanim oscyloskopem z funkcją pomiaru charakterystyk częstotliwościowych. Funkcja ta była już implementowana w oscyloskopach rodziny 3000T z opcją pwr. Wykorzystywany jest do tego wewnętrzny generator oraz dwa kanały oscyloskopu. Przed pomiarem należy określić zakres zmian częstotliwości oraz amplitudę sygnału testowego.  Pomiar trwa kilkanaście sekund, a w jego wyniku otrzymuje się charakterystykę częstotliwościową badanego układu uwzględniającą przebieg zmian napięcia wyjściowego oraz fazy w funkcji częstotliwości sygnału wejściowego (rys. 7). Maksymalny zakres zmian częstotliwości jest równy 20 Hz…20 MHz. W testowanym układzie pomiarowym wykres amplitudowy był kreślony bez zarzutu, natomiast przy wyższych częstotliwościach na wykresie fazowym wystąpiły pewne niedokładności. Wartości napięcia i fazy w poszczególnych punktach wykresu są mierzone za pomocą kursora widocznego w postaci dwóch małych trójkącików. Związane z nim parametry odczytuje się w prawym dolnym rogu okna.

Rys. 7. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej (amplitudowej i fazowej)

Jeśli już mówimy o charakterystykach częstotliwościowych, to jest to dobry moment do pokazania w działaniu funkcji FFT. W oscyloskopie DSOX1102G jest ona bardzo dobrze zaimplementowana. Parametrami funkcji są: zakres skanowania częstotliwości („Rozpiętość”, „Span”), częstotliwość środkowa, skala dB/dz oraz przesunięcie w osi pionowej. Wybierany jest ponadto typ okna oraz jednostki osi pionowej (dB lub RMS). Parametry widma mogą być mierzone za pomocą kursorów ekranowych.

Funkcja FFT występuje ponadto w obliczeniach matematycznych obok takich operacji, jak: dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie. Niestety nie znalazły się tu inne typowe funkcje matematyczne jak logarytmowanie czy pierwiastkowanie, nie wspominając już choćby o całkowaniu i różniczkowaniu. Ale to chyba nie ta klasa przyrządu. Jest za to funkcja symulująca filtr dolnoprzepustowy, która będzie przydatna w praktyce podczas badania urządzeń elektronicznych.