Производителям традиционных осциллографов удалось сильно уменьшить размеры своих приборов. Некоторые из приборов компании Tektronix занимают в три раза меньше места, чем их предшественники. Тем не менее, если нужен экран и куча управляющих элементов, существует предел, насколько маленьким и недорогим может быть прибор. Но для студентов и разработчиков требуется недорогой, портативный прибор, которые уже доступны на рынке. В этих приборах вместо электронно-лучевой трубки используется дисплей компьютера, связь с которым осуществляется через USB порт. Все модели блестяще сконструированы и просто замечательные.
Я решил поработать с этими "микрографами" и сравнить их с традиционными лабораторными осциллографами. В обзор попали модели Parallax, Saelig/USB Instruments, Picotech, и Bitscope. Все они – цифровые запоминающие осциллографы с большим числом возможностей, чем традиционные аналоговые модели. Прибор от Bitscope – это отдельный прибор, совмещающий функции осциллографа и анализатора логических состояний, поэтому его описание я отложил до следующего месяца.
Все руководства эксплуатации (одни напечатанные, некоторые только на диске) и справочные файлы одинаково ужасны. Со всеми приборами просто работать, но без такой документации разобраться было бы еще проще.
Только прибор компании Parallax поставляется с зондами, потому что пристойный зонд может стоить до 100$. Множество фирм продают более дешевые зонды, но будьте осторожны: неудачно выбранное устройство исказит сигнал, да и сама его конструкция ненадежна.
Ни один из этих осциллографов не позволяет проводить измерения в том же диапазоне, как и ваш настольный приборе от Agilent, или Tektronix. Попробуйте измерить сигнал больше нескольких десятков вольт, и вам придется успокаивать пожарную сигнализацию. Но с использованием 10-кратного делителя диапазон оказывается достаточным для работы с большинством цепей встроенных систем.
У этих цифровых осциллографов есть практичный режим анализа спектра, который позволяет сделать Фурье преобразования сигнала и анализировать его в частотной области.
Все приборы, кроме одного, могут сохранить собранные данные на жестком диске. Практически для той же цели мой настольный осциллограф почти постоянно подсоединен к компьютеру, что заставляет задуматься: нельзя ли пользоваться виртуальным прибором все время. Подробное обсуждение этого вопроса откладывается до следующего месяца.
USB осциллограф от Parallax
За $149 нельзя ожидать многого. По крайней мере, я так думал до появления прибора компании Parallax. Прибор в профессиональной блистерной упаковке входит в набор "Разбираемся с сигналами" ("Understanding Signals"). Стоимость отдельного осциллографа размером с iPod составляет $129.
Рисунок 1: слева направо: Stingray, Picoscope 3206, осциллограф Parallax USB
Самый правый прибор на рисунке 1 не предназначен для удовлетворения требований серьезного пользователя, но за свою цену он предлагает просто кучу возможностей. Два канала плюс внешняя TTL синхронизация, скорость оцифровки 1 МГц при использовании одного канала, в два раза меньше при двухканальных измерениях. Другие технические характеристики: полоса пропускания 200 кГц, 8 бит вертикального разрешения, и входной диапазон +/- 20В.
У всех других приборов, вошедших в обзор, стандартные разъемы BNC. В отличие от них, в осциллографе Parallax используются цилиндрические разъемы 0,157 дюйма (0,4 см) и грубые зонды. Некоаксиальный кабель длиной полметра заканчивается стандартными зажимами. Возможно, это достаточно резонный компромисс при полосе пропускания в 200 кГц.
Порт USB от компьютера обеспечивает осциллограф питанием. Не пытайтесь работать с прибором, который подсоединён к неподключённому разветвителю.
Установка программного обеспечения прибора оказалась элементарной и заняла около минуты. Деинсталляции программы нет, что неудобно при попытке оценить работоспособность многих различных устройств.
Рисунок 2: Основное окно программы управления осциллографом Parallax USB
Рисунок 3: Экран анализатора спектра осциллографа Parallax USB
Внешний вид программы великолепен в своей простоте и напоминает переднюю панель настольного осциллографа. (На рисунке 2 показано главное окно программы управления, а на рисунке 3 – окно анализатора спектра). Две вращающихся ручки управляют вертикальным масштабом и временной разверткой. Масштаб по обоим каналам управляется одной ручкой, хотя я бы предпочел, чтобы ручек было две.
Синхронизация прибора осуществляется либо по данным каналов, либо от внешнего сигнала (только цифрового, а не аналогового). Уровень сигнала синхронизации устанавливается ползунком, что сначала меня озадачило, и потребовалось единственный раз обратиться к файлам помощи.
На экране появляется очень просто настраиваемые горизонтальный и вертикальный курсоры. Установите их расположение на экране с помощью мышки, и вы сможете измерить временные характеристики, напряжение, частоту и сдвиг сигналов.
Все рассмотренные осциллографы быстро отражали изменения, но этот меня просто поразил. При разумной скорости оцифровки отображение на экране было мгновенным. Один посетитель заметил, что обновление экрана занимало вечность, но потом оказалось, что он работал с разверткой 1 с/деление, и для одного измерения требовалось 30 секунд.
Кажется, что за 129$ можно купить только игрушечный осциллограф, но "игрушечного" в нем только полоса пропускания в 200 кГц и простые зонды. Я бы рекомендовал прибор компании Parallax для низкоскоростных приложений, обучения и чтобы заинтересовать детей электроникой. Для частот аудио диапазона вам больше никогда не понадобится. Очень хорошо продуманный набор "Разбираемся с сигналами" "Understanding Signals" за дополнительные $20, плюс BASIC Stamp микроконтроллер – это все, что нужно новичку, чтобы познакомиться с осциллографами и аналоговыми и цифровыми схемами. Описание этого прибора находится в Интернете по адресу: www.parallax.com/dl/docs/prod/sic/Signals.pdf.
Stingray
Производители приборов для подключения к USB из Великобритании (www.usb-instruments.com) выпустили Stingray, который продается в США компанией Saelig Instruments за $220. По какой-то причине в документации этот прибор называется "EasyScope II".
Прибор от Stingray, показанный слева на рисунке 1 такой же привлекательный, как и его название: обтекаемый, клиновидный корпус по размеру чуть меньше компакт диска. Он поставляется в футляре из кожзаменителя, в который кроме самого прибора помещается парочка зондов. Должно быть, Saelig наняла маркетолога из Apple.
На два канала, имеющихся у прибора, можно подать сигнал в диапазоне +/- 50 В, а на вход внешней синхронизации +/- 3,5 В. Аналоговая полоса пропускания прибора 250 кГц при скорости оцифровки 1 МГц для отдельного импульса и 20 МГц для периодических сигналов. Входные данные оцифровываются с разрешением в 12 бит и помещаются в буфер объемом 32 кб, который обрабатывает до 8 тыс. отсчетов на канал. Полезным свойством прибора является возможность уменьшить размер буфера до 1 тыс. для большей скорости обновления при медленной развертке.
Разница между разрешением 8 и 12 бит ощутима, пилообразный сигнал выглядит значительно более гладким. Для высокоточной обработки аналоговых сигналов я бы предпочел работать с более высоким разрешением в 12 бит.
Установка была простой, но немного странной – пришлось устанавливать два раза: по одному разу каждый канал. К счастью, предусмотрена возможность деинсталляции. Система помощи вполне подходящая – простая, и очень чёткая.
Рисунок 4: Основное окно программы управления осциллографом Stingray
Рисунок 5: Экран анализатора спектра осциллографа Stingray
Графический интерфейс программы, показанный на рисунке 4, даже более симпатичен, чем у предыдущего осциллографа, хотя курсор, быстрое преобразование Фурье (смотри рисунок 5), и кнопки проведения измерений вдоль нижней части окна выглядят немного неуклюже. Опять две вращающихся ручки для управления вертикальным и горизонтальным масштабом, и опять я бы предпочел две отдельные ручки для управления вертикальным масштабом каналов. Курсоры особенно просто использовать.
Но управление синхронизацией неуклюжее. Управляющий элемент выглядит как ползунок, но для настройки уровня надо щелкать мышью по кнопкам "Вверх", или "Вниз". Поворотная ручка, или настоящий ползунок были бы очень полезны.
Система внешней синхронизации у Stingray – это, очевидно, TTL вход. Программа позволяет настроить ее по переднему, или заднему фронту сигнала.
Как и предыдущий осциллограф, Stingray очень быстро отражает происходящие изменения. Измените какие-либо настройки, и программа мгновенно отразит изменённые данные на экране.
Хотя в таблице указана возможность использования временной развертки с задержкой, я не смог найти ее описания ни в документации, ни возможность управления этой функцией среди управляющих элементов.
Простые в использовании горизонтальный и вертикальный курсоры позволяют измерять амплитуду и временные характеристики сигнала, но не частоту. Одновременно можно использовать до шести цифровых элементов для отображения частоты, а также мгновенного, пикового, и среднеквадратичного значения напряжения. Эта возможность может быть полезна инженерам во время производственного цикла для проведения сходных измерений.
Интересно, что система внешней синхронизации может работать как генератор сигналов. Она позволяет прибору генерировать синусоидальные, прямоугольные, треугольные, пилообразные и даже задаваемые пользователем формы импульсов. Этот генератор работает только с сигналами частоты аудио диапазона, и импульсы получаются более, чем немного сглаженными, поэтому ваш настольный генератор сигналов выбрасывать пока не стоит. Но для тех, у кого ограниченный бюджет и потребности, это очень полезная возможность.
Приборы, основанные на персональном компьютере, могут иметь возможности, ограниченные только программным обеспечением и воображением их создателя. У этого прибора есть возможность сбора данных и представления их в виде как у ленточного самописца (не забыли еще такие?), а также записи в файл.
Подведем итоги: полоса пропускания в 250 кГц слишком маленькая для большинства работающих с цифровыми сигналами во встроенных системах. Но если у вас медленный процессор (а таких немало), или вам нужен удобный осциллограф для повседневных измерений аналоговых сигналов, этот прибор вам подойдет. Положите прибор в карман во время путешествия и развлекайтесь, убеждая работников службы технической безопасности, что для безопасности страны этот прибор никакой угрозы не представляет.
Picoscope 3206
Компания Picotech представляет целое семейство цифровых запоминающих осциллографов, базирующихся на компьютере. Их цена изменяется от $132 (по текущему курсу обмена) за одноканальную модель с полосой пропускания 20 кГц до $1535 за последнюю модель серии 3206, которую я и тестировал. Другие модели серии 3000 отличаются от последней уменьшенной полосой пропускания и размером буфера, их цена начинается от 766$. Прозвище Picoscope неудачное, потому что производительность у этого прибора просто потрясающая.
Модель 3206 немного больше тех приборов, которые рассмотрены выше, но при размере 5x7x1,5 дюйма (12,7х17,8х3,8 см) она достаточно небольшая, чтобы было удобно носить в чехле. Для работы прибору требуется трансформатор, а выключатель питания отсутствует как класс.
После установки предусмотрена деинсталляция программного обеспечения прибора. Эта особенность оказалась полезной, потому что программа установки распознала прибор не с первого раза, но, в конце концов, все получилось, и прибор заработал безукоризненно.
Picotech – это британский прибор, возможно поэтому мне потребовалось столько усилий, чтобы прочитать 82 страничное описание прибора в PDF формате. Еще Черчилль заметил, что мы две нации, разделенные общим языком, что в данном конкретном случае означает, что североамериканцу от британской документации толку мало. Всплывающих подсказок, появляющихся при наведении на различные меню, нет, в результате чего я потратил много времени на не ужасно полезную систему помощи.
Входной диапазон +/- 20 В. для обоих каналов и входа внешней синхронизации.
Благодаря полосе пропускания аналогового сигнала в 200 МГц и скорости оцифровки данных 100 МГц (200 МГц при использовании одного канала) этот прибор становится похож на гоночный автомобиль. Эффективная скорость обработки периодических сигналов становится 10 ГГц. Во всех режимах прибор работает с вертикальным разрешением 8 бит и буфером данных 1 Мб. Синхронизация может быть установлена на любой точке буфера, что очень полезно для обработки данных до и после начала синхронизации.
Рисунок 6: Основное окно программы управления осциллографом Picoscope 3206
Рисунок 7: Комбинированное окно осциллографа Picoscope 3206. Сейчас показаны открытые окна анализатора спектра, двух осциллографов и одного вольтметра.
Показанный на рисунке графический интерфейс не нужно даже пытаться сравнивать с обычными ручками осциллографа. Он немного более неуклюжий, чем предыдущие рассмотренные, но сигналы отображаются с трудноописуемой, но потрясающей чёткостью. Весь экран посвящен отображаемым данным, а не элементам управления.
Интерфейс Picoscope 3206 гораздо более разносторонний, чем рассмотренные выше, он поддерживает несколько экранов одновременно. Допустим, захотите вы посмотреть сигнал канала А с одним разрешением, а сигнал канала Б с другим. Открытие нужных окон осуществляется за пару "кликов" мышкой. Добавьте анализатор спектра в третьем окне, а вольтметр в четвертом. Прибор очень быстро отражает происходящие изменения кроме тех случаев, когда открыто окно анализатора спектра и одно или больше окон осциллографа, как на рисунке 7. Тогда прибор начинает "тормозить". Закройте одно из окон и проблемы со скоростью исчезнут.
Опция масштабирования позволяет быстро и удобно просматривать данные буфера объемом 1 Мб в увеличенном масштабе. Допустим, сохранен сигнал с временной разверткой 50 мс на деление, а вам нужно подробно рассмотреть его край. Просто детализируйте… еще детализируйте… и еще детализируйте изображение до масштаба в 1000 раз больше, чем первоначальный без необходимости перезаписывать сигнал.
Одним "кликом" мышки можно выбрать горизонтальный и вертикальный курсоры (которые в системе помощи ошибочно названы "линейками"), которыми управляются обычные спектральные измерения. Но Picotech может гораздо больше: рассчитать средние, и даже стандартные отклонения данных, и, кроме того, выбрать, диапазон данных для этого расчета. Нужно измерить сигнал цветовой синхронизации, или сигнал с качающейся частотой? Проводить измерения с помощью других осциллографов бессмысленно, постольку частота меняется вдоль экрана. На Picoscope 3206 просто вызовите диалоговое окно и выберите, где снимать данные.
Такая опция, как регулируемое послесвечение, позволит оставить данные на экране навсегда или убрать с глаз долой через заданное время. В режиме цифрового окрашивания часто повторяющиеся области сигнала отображаются красным, а редкие - окрашиваются в синий цвет. Таким образом легко заметить редкие явления, например, кратковременную импульсную помеху.
Встроенный генератор сигналов модели 3206 позволяет генерировать синусоидальные, треугольные и прямоугольные сигналы с частотой до 1 МГц. До 500 кГц стабильность частоты не хуже 1% и ухудшается при повышении частоты.
Это быстрый осциллограф с большим буфером подходит для настоящей работы на реальных встроенных системах. Это полноценная замена большинства настольных осциллографов, а для путешествий он просто незаменим.
К следующему месяцу
Недостаток места не позволил включить в обзор прибор от Bitscope, поэтому он подождет до следующего месяца. Но этот прибор – это действительно осциллограф смешанного типа, и с него как раз можно начать переход к обсуждению ряда логических анализаторов.
А пока читайте на
www.pc-oscilloscopes.com/oscilloscope_selection_guide.htm и
http://cpliterature.product.agilent.com/litweb/pdf/5989-0552EN.pdf
предвзятую (она же от производителей), но не бесполезную информацию по выбору цифровых запоминающих осциллографов.
Джек Дж. Генсле работает лектором и консультантом по вопросам разработки встроенных систем. Он проводит семинары, посвященные встроенным системам, и помогает компаниям развивать это направление. Его контактный адрес электронной почты: [email protected] или посетите его Web-страницу по адресу www.ganssle.com.
gale
Embedded Systems Programming
