Měření parametrů a pokročilé funkce osciloskopů Teledyne LeCroy

Americká firma Teledyne LeCroy je po celém světě známa jako renomovaný výrobce high-end real-time osciloskopů pro ty nejnáročnější aplikace od stovek MHz až do 65 GHz. Vlajkovou lodí společnosti LeCroy je řada 400MHz až 4GHz osciloskopů WaveRunner 6Zi, ke které se nyní připojila i nová řada 350MHz až 1GHz osciloskopů s 12bitovými A/D převodníky HDO6000 (obr. 1). Ta umožňuje provádět přesná měření i velmi malých signálů superponovaných na signálech výrazně větších.

Obr. 1 Osciloskop Teledyne LeCroy HDO6000

Každý digitální osciloskop nám dnes dává na výběr z řady automatických měření parametrů, jako je např. maximální, minimální, střední a špičková hodnota napětí, doba náběžné a sestupné hrany, frekvence, perioda, střída atd. Díky automatickým měřením určíme přesně tyto hodnoty, aniž bychom museli cokoli odměřovat pomocí mřížky nebo kurzorů na obrazovce osciloskopu. S osciloskopy Teledyne LeCroy je ale možné zajít ještě mnohem dále.

Podívejme se proto nyní, jaké pokročilé funkce osciloskopy WaveRunner 6Zi a HDO6000 ve spojení s měřením parametrů nabízejí. Je zde nutné zdůraznit ještě to, že osciloskopy LeCroy s architekturou X-Stream jsou při automatických měřeních schopny měřit parametry na všech impulzech nebo periodách v zaznamenaném signálu bez jakýchkoliv omezení a kompromisů.

Obr. 2 Statistické vyhodnocení měření po prvním spuštění časové základny s malým histogramem („Histicon“)

Jako praktický příklad si ukážeme analýzu signálu s pulzní šířkovou modulací (PWM). Na analogový kanál osciloskopu C1 přivedeme měřený signál. Do parametru P1 nadefinujeme měření kladné části pulzu (Width) a zvolíme zobrazení i statistiky a malého histogramu (Histicon). Výsledek měření po prvním spuštění časové základny vidíme na obr. 2. Osciloskop nám ihned poskytuje informaci o okamžité hodnotě měření (Value), střední hodnotě (Mean), minimální hodnotě (Min), maximální hodnotě (Max), standardní směrodatné odchylce (Sdev) a počtu měření (Num), ze kterých byla statistika vypočtena. V tomto případě je počet měření 23, protože v prvním běhu časové základny bylo zachyceno právě 23 pulzů. Po několika okamžicích, kdy narůstá počet provedených měření, pak statistika vypadá tak, jak je uvedeno na obr. 3. Zde už vidíme, že bylo vyhodnoceno celkem 14 812 měření. Maličký histogram nás pak na první pohled informuje např. o tom, že šířka pulzu se nemění spojitě, ale v signálu je devět diskrétních šířek pulzu, přičemž delší pulzy jsou zastoupeny častěji než pulzy kratší.

Obr. 3 Statistické vyhodnocení měření po několika stech spuštění časové základny

Protože detailní histogram je užitečným nástrojem pro analýzu signálu, lze využít i matematickou funkci histogramu, kde lze mimo jiné nastavit i počet kategorií, do kterých bude populace jednotlivých měření rozdělena, nebo jaký počet posledních měření do histogramu vstupuje. Zároveň je možné pomocí kurzorů odečítat počty výskytů v jednotlivých kategoriích, jak je to uvedeno na obr. 4.

Obr. 4 Plnohodnotný histogram s možnostmi detailního nastavení

V tuto chvíli už víme o měřeném signálu více informací, ale stále přesně nevíme, jak se šířka pulzu mění v čase. Neznáme tedy modulační signál. K tomu slouží funkce Track a Trend. Funkce Track zobrazuje synchronně s měřeným signálem závislost zvoleného měřeného parametru – v našem případě šířky pulzu. Výsledek je vidět na obr. 5. Funkce Trend nám tedy v našem případě ukazuje modulační signál PWM. V časové závislosti vidíme devět diskrétních hladin, o kterých nás informoval i histogram, ale navíc vidíme, že pulzy stejné šířky jdou vždy ve skupině za sebou. Protože funkce Track je matematická funkce jako jakákoliv jiná, lze na ni opět aplikovat veškerý měřicí a matematický aparát osciloskopu. Můžeme např. nadefinovat do dalšího parametru (P2) měření frekvence na funkci Track, a tím zjistit frekvenci opakování modulační sekvence. Ta zde vychází necelých 258 Hz (viz parametr P2 na obr. 5).

Obr. 5 Funkce Track aplikovaná na měření šířky pulzu – časová závislost měřené veličiny

Jak bylo řečeno, funkce Trend zobrazuje závislost parametru synchronně s měřeným signálem – tedy ve stejné časové ose. Jedna změřená hodnota šířky pulzu je tedy reprezentována stejným počtem bodů (vzorků) jako perioda PWM signálu. Pokud chceme reprezentovat jednu změřenou hodnotu parametru vždy pouze jedním bodem a dělat dlouhodobý záznam, je tu pro tyto účely funkce Trend. Ta již samozřejmě není synchronní s měřeným signálem, ale při každém spuštění časové základny zobrazí v bodech za sebou příslušná jednotlivá měření a tyto body skládá za sebe do dlouhého záznamu. Na obr. 6 je zobrazen výsledek všech tří funkcí Track, Trend a Histogram po prvním spuštění časové základny.

Obr. 6 Analyzovaný PWM signál, funkce Track, funkce Trend a histogram

Na obr. 7 je uveden příklad aplikace funkce Track na analýzu časové závislosti přeladění harmonického signálu z rozmítaného generátoru. Pomocí měření frekvence (parametr P1) a sledováním časových změn tohoto měřeného parametru pomocí funkce Track můžeme určit a přesně změřit exponenciální charakteristiku přeladění generátoru. Kurzorem lze odečíst hodnoty na této charakteristice, které jsou v jednotkách Hz.

Obr. 7 Analýza signálu z rozmítaného harmonického generátoru – vynesení časové závislosti frekvence (přelaďovací charakteristiky)

Více informací o osciloskopech Teledyne LeCroy získáte u výhradního zástupce společnosti Blue Panther s.r.o. www.blue-panther.cz