Od pewnego czasu w ofercie firmy Tektronix znajdują się modele oscyloskopów będących kompaktowym połączeniem kilku przyrządów profesjonalnego stanowiska pomiarowego elektroników. Firma ta, jako pierwsza zrealizowała od dawna artykułowane oczekiwania użytkowników przyrządów pomiarowych.

Koncepcja połączenia kilku przyrządów w jednym została zastosowana m.in. w rodzinie oscyloskopów MDO3000. Jak zwykle, poszczególne modele różnią się między sobą parametrami technicznymi, zachowując podobne funkcje.

Oscyloskop w oscyloskopie

Mimo rozbudowanej funkcjonalności przyrządu MDO3104, producent nie wprowadził dla niego specjalnej nazwy, nadal jest to oscyloskop. My pozostajemy w zgodzie z tą nomenklaturą.

A artykule omówiono model MDO3104, będący przedstawicielem rodziny MDO3000. Na podstawie najważniejszych danych technicznych, takich jak pasmo 1 GHz, szybkość próbkowania 5 GSa/s i rekord o długości 10 Mpunktów oscyloskop ten z pewnością można zakwalifikować do przyrządów wysokiej klasy. Decydują o tym również duże możliwości pomiarowe i funkcjonalne. Przebiegi są wyświetlane na ekranie o przekątnej 9 cali, ale matryca ma 720×480 punktów (WVGA). Oczywiście do wyświetlenia oscylogramu będącego wizualizacją 8-bitowych danych jest to parametr wystarczający, ale przy wymiarach ekranu 190×127mm piksel ma znaczną wielkość, ok. 0,26 mm (rys. 1).

Rys. 1. Wyświetlanie oscylogramu na wyświetlaczu z matrycą 720×480 punktów

Po pojawieniu się pierwszych oscyloskopów cyfrowych, użytkownicy dość powszechnie narzekali na znaczne różnice w wyglądzie oscylogramów wyświetlanych na wyświetlaczach LCD w porównaniu z klasycznymi lampami oscyloskopowymi stosowanymi w przyrządach analogowych. Dostrzegając ten problem Tektronix opracował specjalną technologię tworzenia wykresów na wyświetlaczach LCD, uwzględniającą zarówno odpowiednią technikę zbierania danych, jak i metodę wyświetlania ich na ekranie (FastAcq). Technologii tej nadano nazwę Digital Phosphor, co sugeruje analogię między nowoczesną techniką cyfrową a starą techniką wykorzystującą lampy z luminoforem. Nowe, zastrzeżone przez firmę Tektronix rozwiązanie, jest stosowane w oscyloskopach wyższych typów, m.in. w MDO3104. Tworzone tak oscylogramy charakteryzują się dużą plastycznością, oddając szczegóły wyświetlanych przebiegów w stopniu zbliżonym do lamp oscyloskopowych. Jasność świecenia każdego piksela jest proporcjonalna do liczby zarejestrowanych przejść sygnału przez dany punkt (rys. 2). Uzyskanie tej własności wymaga dużej szybkości akwizycji i wyświetlania obrazów, która w oscyloskopie MDO3104 jest równa 280000 wfm/s (obrazów na sekundę). Luminofor lamp oscyloskopowych świecił tylko jednym kolorem, najczęściej zielonym, na wyświetlaczach LCD można wyświetlać punkty w szerokiej gamie kolorów, co jest wykorzystywane do uzyskiwania dodatkowych efektów. W trybie FastAcq oscylogramy mogą przyjmować jedną z czterech form (rys. 3). Do tworzenia treści obrazu wykorzystywana jest nie tylko intensywność świecenia poszczególnych pikseli, ale też ich kolor. Przykładem są oscylogramy wyświetlane w trybach Temperature (rys. 2a) lub Spectral (rys. 2b). W kolejnych dwóch trybach, Normal palette i Inverted palette wykorzystywane są domyślne kolory przypisane do danego kanału, z dodatkową modulacją odcieniami szarości.

Rys. 2. Oscylogram tworzony technologią Digital Phosphor z wykorzystaniem architektury równoległej oscyloskopu

Rys. 3. Oscylogramy wyświetlane w trybach: a) Temperature, b) Spectral, c) Normal palette, d) Inverted palette

Ważnym i często wykorzystywanym parametrem wyświetlania jest też poświata (persystencja). Czas wygaszania obrazu jest w oscyloskopach cyfrowych regulowany, oscyloskopy analogowe zwykle nie miały takiej możliwości, gdyż był to parametr stały, zależny tylko od zastosowanego rodzaju luminoforu.

Oscyloskop MDO3104 ma 4 analogowe kanały pomiarowe. Można nim badać przebiegi o szerokim widmie i złożonej budowie. Dzięki kilku trybom pracy układu akwizycji (Sample, Peak Detect, HiRes, Envelope, Average) i szerokiej gamie zdarzeń wyzwalających, możliwe jest wychwytywanie nieokresowych zakłóceń o różnym charakterze, w tym przypadkowych artefaktów. Długi rekord (10 Mpuktów dla każdego kanału) i duża szybkość wyświetlania ramek, w połączeniu z zaawansowanymi funkcjami wyszukiwania znacznie ułatwiają lokalizację najdrobniejszych detali sygnału. Na rys. 4 przedstawiono przykłady lokalizacji zakłóceń typu runt i glitch. O ile do lokalizacji zakłócenia typu runt można stosować specjalny tryb wyzwalania (rys. 4a), to zakłócenie glitch, jest wykrywane z powodzeniem za pomocą opcji „Pulse Width” (rys. 4c, d). Zdarzenia o innym charakterze są wykrywane m.in. przy zastosowaniu pozostałych trybów wyzwalania: Sequence B, Timeout, Logic, Setup & Hold, Rise/Fall Time, Video, Bus, a także dzięki zaawansowanym trybom przeszukiwania rekordu danych. Jak widać, możliwe jest lokalizowanie nawet takich zdarzeń, które nie były wykorzystywane do wyzwalania. Sam mechanizm przeszukiwania jest bardzo wygodny w użyciu. Narzędziem ułatwiającym poszukiwania określonych detali przebiegu jest uniwersalne pokrętło Wave Inspector (rys. 5) wraz z przyciskami pozwalającymi zaznaczać określone miejsca w rekordzie danych i szybko przemieszczać się między nimi. Markery są widoczne w górnej części ekranu w postaci trójkątów (rys. 6). Znalezione szczegóły mogą być obserwowane w oknie Zoom,tak jak to przedstawiono na rys. 6. W tym przypadku detal przebiegu jest powiększony 1000 razy.

Rys. 4. Lokalizacja przypadkowych zakłóceń: a) wstępna diagnoza, b) lokalizacja z zastosowaniem wyzwalania typu Runt, b) i c) lokalizacja z zastosowaniem wyzwalania Pulse Width