Elementy oscyloskopu wirtualnego
Cechy wirtualnego oscyloskopu
Obecnie szeroko stosowany interfejs USB służy do zwiększenia wygody interfejsu pomiędzy instrumentami wirtualnymi a komputerami i zwiększenia szybkości komunikacji; do szybkiego próbkowania wykorzystywany jest szybki układ konwersji analogowo-cyfrowej (ADC); do sterowania używany jest mikrokontroler o wysokiej wydajności, a szybka pamięć o dużej pojemności (RAM) zapisuje dane próbkowania w czasie rzeczywistym, poprawiając wydajność instrumentu; wykorzystanie języka Labview do zaprojektowania aplikacji komputerowej hosta, która może realizować wyświetlanie przebiegów, a także analizę i przetwarzanie danych.
Elementy wirtualnego oscyloskopu
(1) Akwizycja i kontrola sygnału. Jest to platforma sprzętowa złożona z komputerów i sprzętu pomiarowego służąca do gromadzenia, pomiaru, konwersji i kontroli sygnałów.
(2) Analiza i przetwarzanie danych. Wirtualny oscyloskop w pełni wykorzystuje funkcje przechowywania i obliczeń komputera oraz analizuje i przetwarza sygnały danych wejściowych za pomocą oprogramowania. Przetwarzanie treści obejmuje filtrowanie cyfrowe, statystykę danych, analizę numeryczną itp. Z punktu widzenia analizy danych wirtualne oscyloskopy mają potężniejsze możliwości analizy danych niż tradycyjne instrumenty.
(3) Wyświetlanie wyników pomiarów. Wirtualny oscyloskop w pełni wykorzystuje zasoby komputera, takie jak wyświetlacze, pamięci itp., do wyrażania i wyprowadzania wyników pomiarów na różne sposoby. Jego formy wyjściowe obejmują transmisję danych na duże odległości przez sieć autobusową, kopie wyjściowe za pośrednictwem dysków optycznych i dysków oraz dane wyjściowe na dysku twardym. Metoda przechowywania danych i przesyłania ich za pośrednictwem interfejsu graficznego, takiego jak ekran komputera.
Parametry techniczne oscyloskopu wirtualnego
Zagadnienia, na które należy zwrócić uwagę podczas korzystania z oscyloskopu wirtualnego
Rozróżnij szerokość pasma analogowego i szerokość pasma cyfrowego czasu rzeczywistego
Szerokość pasma jest jedną z najważniejszych specyfikacji oscyloskopu. Szerokość pasma jest wartością stałą, natomiast szerokość pasma wirtualnego oscyloskopu ma dwa typy: szerokość pasma analogowego i szerokość pasma cyfrowego czasu rzeczywistego. Największa szerokość pasma, jaką może osiągnąć oscyloskop wirtualny dzięki zastosowaniu technologii próbkowania sekwencyjnego lub losowego dla powtarzalnych sygnałów, to szerokość pasma cyfrowego oscyloskopu czasu rzeczywistego. Szerokość pasma cyfrowego czasu rzeczywistego jest powiązana z najwyższą częstotliwością digitalizacji, a współczynnik technologii rekonstrukcji przebiegu K (cyfrowa szerokość pasma czasu rzeczywistego=najwyższy współczynnik digitalizacji/K) zazwyczaj nie jest podawany bezpośrednio jako wskaźnik. Z definicji obu szerokości pasma wynika, że szerokość pasma analogowego nadaje się tylko do pomiaru powtarzalnych sygnałów okresowych, podczas gdy szerokość pasma cyfrowego w czasie rzeczywistym jest odpowiednia do pomiaru zarówno sygnałów powtarzalnych, jak i pojedynczych sygnałów. Producent twierdzi, że szerokość pasma oscyloskopu może sięgać kilku megabajtów, ale w rzeczywistości odnosi się to do szerokości pasma analogowego. Szerokość pasma cyfrowego czasu rzeczywistego jest niższa niż ta wartość. Na przykład szerokość pasma TES520B firmy TEK wynosi 500 MHz, co w rzeczywistości oznacza, że jego szerokość pasma analogowego wynosi 500 MHz, podczas gdy najwyższa szerokość pasma cyfrowego w czasie rzeczywistym może osiągnąć jedynie 400 MHz, czyli znacznie mniej niż szerokość pasma analogowego. Dlatego przy pomiarze pojedynczego sygnału należy odwołać się do cyfrowego pasma czasu rzeczywistego wirtualnego oscyloskopu, w przeciwnym razie spowoduje to nieoczekiwane błędy w pomiarze.
Informacje o częstotliwości próbkowania: Częstotliwość próbkowania nazywana jest także szybkością digitalizacji i odnosi się do liczby próbek analogowego sygnału wejściowego w jednostce czasu, często wyrażanej w MS/s. Częstotliwość próbkowania jest ważną specyfikacją wirtualnego oscyloskopu. Jeżeli częstotliwość próbkowania nie jest wystarczająca, łatwo może wystąpić aliasing
Jeśli sygnał wejściowy oscyloskopu jest sygnałem sinusoidalnym o częstotliwości 100 kHz, ale częstotliwość sygnału wyświetlana przez oscyloskop wynosi 50 kHz, dzieje się tak dlatego, że częstotliwość próbkowania oscyloskopu jest zbyt mała, co powoduje aliasing. Aliasing ma miejsce wtedy, gdy częstotliwość przebiegu wyświetlanego na ekranie jest niższa niż rzeczywista częstotliwość sygnału lub wyświetlany przebieg jest niestabilny pomimo włączonego wyzwalacza oscyloskopu. Generowanie aliasingu pokazano na rysunku 1. Następnie dla przebiegu o nieznanej częstotliwości można ocenić, czy wyświetlany przebieg uległ aliasingowi w następujący sposób: powoli zmieniaj prędkość przemiatania t/div na szybszy plik z podstawą czasu i sprawdź, czy parametry częstotliwościowe przebiegu zmieniają się gwałtownie. Jeśli tak, oznacza to, że nastąpiło aliasing kształtu fali; lub przebieg drgań ustabilizował się przy krótszej podstawie czasu, co oznacza również, że nastąpiło aliasing kształtu fali. Zgodnie z twierdzeniem Nyquista częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwukrotnie większa niż składowa wysokoczęstotliwościowa sygnału, aby zapobiec aliasingowi. Na przykład sygnał 500 MHz wymaga częstotliwości próbkowania co najmniej 1GS/s. Istnieje kilka sposobów, aby po prostu zapobiec występowaniu aliasingu:
?Użyj ustawień automatycznych
?Dostosuj prędkość skanowania;
?Spróbuj przełączyć tryb zbierania na tryb obwiedni lub tryb wykrywania wartości szczytowych, ponieważ tryb obwiedni polega na znalezieniu wartości ekstremalnych w wielu rekordach kolekcji, podczas gdy tryb wykrywania wartości szczytowych polega na znalezieniu wartości maksymalnych i minimalnych w pojedynczym rekordzie kolekcji. Obie metody umożliwiają wykrywanie szybszych zmian sygnału.
