WaveAce - бюджетная осциллография от LeCroy

В статье рассматривается модельный ряд осциллографов серии WaveAce от ведущего мирового производителя цифровой осциллографии компании LeCroy (США), технические возможности, функциональность при эксплуатации и обработке данных, особенности их применения

А.А. Шиганов, ЗАО «Прист»

 Подробные технические характеристики прибора... 

Компания LeCroy хорошо зарекомендовавшая себя в производстве высокоэффективных и производительных моделей цифровых запоминающих осциллографов (ЦЗО), расширила свой модельный ряд выпуском серии WaveAce (WA) из шести бюджетных цифровых осциллографов. WaveAce представляет собой серию современных, низкостоимостных (ценовой диапазон от 48.350 руб. с НДС) и удобных в эксплуатации компактных осциллографов с полосами пропускания 60 МГц… 300 МГц.

Высокая частота дискретизации осциллографа в реальном времени (макс. до 2 ГГц), разнообразие полос пропускания, наличие стандартных и прикладных режимов сбора информации (усреднение, послесвечение, пиковый детектор, цифровой регистратор), широкое меню видов и условий синхронизации упрощают захват даже сложных форм сигнала. Осциллографы обеспечивают автопоиск сигнала, автоматическую установку коэффициента развертки, коэффициента вертикального отклонения и уровня запуска в полосе частот от 10 Гц до верхней частоты полосы пропускания (ПП). Осциллографы имеют возможность блокировки запуска развертки (при наступлении условий синхронизации) на время от 100 нс до 1.5 с. Входные каналы моделей WA 222 и WA 232 имеют переключаемое сопротивление 50 Ом/ 1 МОм, что обеспечивает при необходимости согласование нагрузки и снимает ряд ограничений на подключение пассивных пробников. Все перечисленные выше достоинства в совокупности делают WaveAce ценным инструментом для разработки электронно-цифровых устройств, отладки трактов и поиска неисправностей.

Рисунок 1. Внешний вид LeCroy WaveAce 102
 

В первую очередь отмечается стильный внешний вид и современный промышленный дизайн корпуса. Панель прибора и органы управления органично сочетаются с удобно структурированным меню осциллографа с поддержкой русского языка. Благодаря этому серия WaveAce визуально приближена по виду к продвинутым линейкам WaveRunner Xi/MXi/Xi-A, WavePro 7Zi и WaveMaster 8Zi.

Основные характеристики:

• Разрешение АЦП: 8 бит
• 2 канала с ПП: 60, 100, 200, 300 МГц (всего 6 моделей)
• Макс. частота дискретизации: 2 ГГц (WA222 /232 ), 1 ГГц (WA202/212), 500 МГц (WA102 /112 )
• Объем памяти на канал: 9 К (18 К –при объединении), 4 К для WA 102 , WA 112
• Расширенная синхронизация: фронт, длительность, ТВ, время нарастания
• Пиковый детектор (от 10 нс), усреднение (4/../256), накопление (1 с, 2 с, 5 с, беск., выкл.), самописец (от 100 мс/дел), режим X-Y
• Автоматические (32 параметра) и курсорные измерения (Δt, 1/DT, ΔU)
• Режим «покадровой» регистрации осциллограмм (запись и воспроизведение до 2500 кадров)
• 5 функций математики: сложение, вычитание, умножение, деление, БПФ; цифровые фильтры (ФВЧ, ФНЧ, полосовой, режекторный)
• Сохранение 20 осциллограмм, 20 профилей настроек, 2 шаблонов допускового контроля
• USB на передней панели (сохранение данных), RS-232 и USB на задней панели (дистанционное управление)

Удобный пользовательский интерфейс обеспечивает быстрый и удобный доступ к наиболее важным функциям управления осциллографом. USB интерфейсы на передней и задней панели осциллографа WaveAce обеспечивает легкость при использовании внешних носителей памяти, подключения ПК или выводе на печать (в случае подключения внешнего принтера). Функциональность осциллографа WaveAce расширяет возможности по поиску неисправностей и сокращает время отладки радиотехнических устройств, используя такие особенности цифровых осциллографов, как длинная внутренняя память, усовершенствованные возможности автоизмерений и схемы синхронизации, цветной высококонтрастный TFT дисплей с диагональю 14.5 см.

Разнообразие полос пропускания осциллографов серии WaveAce в сочетании с большой скоростью выборки и длиной внутренней памяти от 4 до 18 К, делает их лидерами в своем классе. Объем памяти позволяет осуществлять захват и запись входных сигналов на максимальной частоте дискретизации длительностью в 2 - 3 раза больше, чем аналогичные конкурентные осциллографы. Встроенные 32 автоматические функции измерения, включая, такие как измерение временных задержек между сигналами, фазы между двумя сигналами и другие измерения между фронтами сигнала, дает расширенные возможности пользователю для анализа формы входных сигналов и обнаружения артефактов.

WaveAce обеспечивает простое и удобное документирование результатов работы, сохранение осциллограмм и предустановленных профилей, позволяя хранить во внутренней памяти до 20 форм сигналов и до 20 профилей установок органов управления. Запоминающие flash-устройства большой емкости могут быть подключены к разъему USB непосредственно на передней панели осциллографа. Осциллограф обеспечивает возможность записи на внешний USB носитель данных, полученных в процессе сбора информации в виде файлов в формате MatLab, MatCad, ACS II или двоичного кода. Объем файла будет зависеть от длинны используемой внутренней памяти (на канал). Разъем USB расположенный на задней панели осциллографа позволяет осуществить непосредственное подключение принтера или персонального компьютера к осциллографу.

Использование интерполяции Sin x /(x) позволяет значительно увеличить достоверность отображения сигнала при частотах сигнала сопоставимых с частотой дискретизации. Так на рисунке 2 приведен пример отображения синусоидального сигнала частота 240 МГц на экране осциллографа WaveAce 212 при частоте дискретизации реального времени 1 ГГц, что в ~4 раза превышает частоту сигнала. На рисунке 3 - то же синусоидальный сигнал представлен в режиме с включенной интерполяцией.

Рисунок 2. Интерполяция выключена
 

Рисунок 3. Интерполяция включена
 

Среди дополнительных ресурсов и возможностей – функция допускового контроля (с выдачей исполнительного сигнала «Годен/негоден»), цифровые фильтры (в том числе программируемые пользователем), сегментированная развертка упрощают поиск и значительно сокращают время отладки различных радиотехнических устройств.

Комбинация прекрасных технических характеристик осциллографа, скорости, точности и расширенных возможностей обеспечивает инженеров инструментом, позволяющим более глубоко вникнуть в проблемы, быстрее обнаруживать аномалии. Поддержка в серии полос пропускания от 60 МГц до 300 МГц, в зависимости от моделей, означает, что инженеры могут выбрать именно тот осциллограф, который наиболее подходит им для решения конкретной задачи.

Управление всем набором функций и возможностей WaveAce осуществляется интуитивно понятным пользовательским интерфейсом передней панели. Ко всем наиболее важным функциям и меню имеется непосредственный доступ на панели осциллографа с помощью кнопок управления, обеспечивающих выбор необходимой функции единственным нажатием. Все заданные пользователем настройки: смещение линии луча, временные задержки по горизонтали и смещения лучей по вертикали могут быть переведены в исходное, нулевое, положение одним нажатием на кнопку. Нажатие на регулятор коэффициента отклонения В/дел производит переключение между калиброванным фиксированным положением В/дел и плавной регулировкой усиления, а нажатие на кнопку коэффициента развертки Время/дел производит быстрое переключение в режим растяжки входного сигнала. Кнопки управления на передней панели открывают и закрывают экранные меню и имеют подсветку кнопок с активными режимами работы, сообщая пользователю, в каком режиме в настоящий момент находится осциллограф.

Имеющийся широкий перечень автоматических измерений (предварительно запрограммированных процедур измерения) в стандартных ситуациях сокращает число необходимых манипуляций и общее время операций связанных с настройкой курсоров в ручном режиме. Это касается таких измерений, как время нарастания, спада, амплитуды пик-пик и т.д.

Рисунок 4. Меню MEASURE (Измерения) 

Автоматические измерения рекомендуется использовать при автоматических вычислениях параметров сигнала и осциллограмм. Имеется стандартная возможность выполнения измерений, общих для нескольких осциллограмм.

Одновременно на экране может быть выведено до 5 измеряемых параметров без их наложения на область отображения осциллограмм (без «затемнения» - приведены в вертикальном окне на рис. 4). Указанная область отображения результатов измерения нажатием кнопки Menu ON/OFF может быть отключена для визуализации формы сигнала с добавлением 2-х делений экрана.

Интересное решение разработчиков заключается в том, что при необходимости можно обеспечить режим отображения на экране таблицы всех измерений (одновременно до 32-х параметров). Причем этот режим доступен как при анализе живого сигнала, так и исследовании осциллограммы выведенной из памяти. По желанию оператора таблица формируется по принципу «All Mea/все измерения» или «параметр по выбору» (из 3 групп: напряжение/ время/ задержка).

При выводе полной таблицы (рис. 5) на экране осциллографа отображение осциллограмм производится с закрытием полезной площади. Но даже при этом доступно ~ 20 % видимой части экрана для наблюдения формы сигнала. Смена отображения табличной информации по разным входным каналам (Как1 или Кан2) производится циклически – всего одним нажатием кнопки «Источник».

Рисунок 5. Табличные измерения в режиме
«Все измерения / Кан1» 

Контекстные подсказки и всплывающие сообщения обеспечивают максимальную гибкость и удобство в работе с прибором. Например, если по какой-то причине параметр не может быть корректно вычислен, то в информационной строке экране появится предупреждающий символ «****», что позволяет сделать вывод о его текущем состоянии и скорректировать дальнейшие действия.

Функция вывода на экран измеренных значений характеризующих форму входного сигнала также реализована в режиме автоматического поиска неизвестного сигнала (при нажатии кнопки «AUTO»). В нижней части экрана будут отображены 4 текущие значения параметров: Vp-p, Vmean, Prd, Freq, что уже позволяет оценить исследуемый сигнал Кан1/CH1 (рис. 6).

Рисунок 6. Отображение сигнала в режиме «AUTO» 

Рисунок 7. Отображение «За период» 

Далее в контекстном подменю (вертикальный ряд в правой части дисплея) можно конкретизировать измерительную задачу с помощью функциональных кнопок с соответствующими пиктограммами:  (за один период),  (время нарастания),  (время спада) - не выходя из активной страницы меню и не производя сложных манипуляций!!! При выборе, например, положения  (рис. 7) - для прямоугольного сигнала на дисплей выводятся значения параметров амплитуды и длительности за один полный период: Vmin, Vmax, Vmean, +Wid.

Отдельного упоминания заслуживает специфический режим автоизмерений «Delay/Задержка», в котором производится полностью автоматические измерения временных задержек между двумя выбранными сигналами (источниками). Методические приемы, типы измерений временных задержек и задаваемые условия приведены в нижеследующей таблице:

Индик.	Параметр и комментарий
	Phase	измерение сдвига фаз между двумя периодическими сигналами в градусах (°); измеряется по отношению к целым периодам повторения сигнала (целые периоды обоих источников должны присутствовать на экране осциллографа)
	FRR	измерение времени от первого нарастающего фронта Кан 1 до первого нарастающего фронта Кан 2
	FRF	измерение времени от первого нарастающего фронта Кан 1 до первого спадающего фронта Кан 2
	FFR	измерение времени от первого спадающего фронта Кан 1 до первого нарастающего фронта Кан 2
	FFF	измерение времени от первого спадающего фронта Кан 1 до первого спадающего фронта Кан 2
	LRR	измерение времени от первого нарастающего фронта Кан 1 до последнего нарастающего фронта Кан 2
	LRF	измерение времени от первого нарастающего фронта Кан 1 до последнего спадающего фронта Кан 2
	LFR	измерение времени от первого спадающего фронта Кан 1 до последнего нарастающего фронта Кан 2
	LFF	измерение времени от спадающего/нарастающего фронта Кан 1 до спадающего/нарастающего фронта Кан 2

В режиме измерения в отведенном поле экрана доступно одновременное отображение до 5 автоматических измерений временных задержек между двумя сигналами.

Особо следует отметить, что в перечне автоматически измеряемых параметров содержатся и такие, которые имеет не каждый осциллограф даже из ряда топовых моделей от ведущих мировых производителей. Нижеследующая сводная таблица позволяет оценить увеличение измерительных ресурсов осциллографов при ампплитудно-временных исследованиях импульсных сигналов и непрерывных колебаний.

Индик.	Параметр и комментарий
	Crms	измерение ср.кв. значения (СКЗ)* формы сигнала за целое число периодов, полученных при сборе информации
	FOV	отрицательный выброс на внизу спадающего импульса
	FPRE	положительный предвыброс перед началом спада импульса
	ROV	положительный выброс на вершине нарастающего импульса
	RPRE	отрицательный предвыброс перед началом нарастающего импульса
* квадратный корень из суммы квадратов значений сигнала, деленной на количество точек

Еще один исследовательский ресурс осциллографа WaveAce, имеющий важное прикладное значение, – режим пикового детектора. В режиме «Пиковый детектор» осциллограф обеспечивает возможность сбора информации, захват и отображение сигналов длительностью более 10 нс для всех моделей осциллографов.

Режим  («Пикового детектора») используется для обнаружения всплесков длительностью от 10 нс и снижения вероятности возникновения искажений при отображении сигнала. Данный режим может эффективно использоваться при положении переключателя Вр./Дел. 5 мкс/дел и более. В этом режиме запоминаются минимальные и максимальные значения за все время накопления отсчетов (рис. 8). Этот режим удобен, например, при исследовании сигнала содержащего регулярные короткие по времени выбросы.

Рисунок 8. Принцип формирования выборок пикового детектора
 

На рисунке 9 отображен прямоугольный сигнал в режиме стандартной выборки (Sampling), заведомо имеющий в свой структуре короткие импульсные вырождения. При таком режиме сбора информации сигнал на дисплее осциллографа не будет содержать явных аномалий. На следующем рисунке (рис. 10) - тот же самый сигнал, но уже при включенном пиковом детекторе и зафиксированных паразитных, невидимых ранее «пичках». Различие двух осциллограмм и обнаружение скрытых импульсов стало очевидным только благодаря наличию режима пикового детектора.

Рисунок 9. Пиковый детектор выключен 

Рисунок 10. Пиковый детектор включен 

Осциллографы WaveAce обеспечивают следующие виды курсорных измерений:

• Измерение напряжения между двумя горизонтальными курсорами (ΔU);
• Измерение временного интервала между двумя вертикальными курсорами (Δt);
• Абсолютные измерения амплитуды и времени в точке пересечения курсора и осциллограммы.

Курсорные измерения параметров могут проводиться в режимах:

• Классический режим Manual (Ручной) - курсоры перемещаются пользователем.
• Интеллектуальный режим Track (Слежение) - курсоры А/В перемещаются вместе с выбираемой точкой на осциллограмме (пошаговое движение на форме сигнала).

Изменение положения курсоров осуществляется выбором в меню активного курсора «А» или «В» с последующим перемещением курсоров многофункциональным регулятором. В режиме «Слежение» при перемещении курсора в горизонтальном направлении, осциллограф автоматически находит точку пересечения с осциллограммой, и отсчетные линии курсора А (вертик. и горизонт.) будут перемещаться вместе по траектории выбранной формы сигнала. Информация об активном в данный момент времени курсоре отображается белой заливкой пиктограммы «Cur A» в меню и белым фоновым полем в области измеренных значений (рис. 11).

Рисунок 11. Отображение результатов измерений 

Математические функции моделей WaveAce включают сложение, вычитание, умножение, деление в любом сочетании используемых операторов, а также быстрое преобразование Фурье (БПФ/ FFT) для сигналов каналов CH1 / CH2. Результат математических действий может быть измерен с помощью делений сетки и курсора. Преобразование формы сигнала реального времени в спектр сигнала (режим БПФ на длине памяти ~1 К) позволяет найти частотные компоненты (спектр) сигнала во временной области. Данный режим наиболее востребован для следующих типов анализа и изучения сигналов:

• Анализ гармонических составляющих в сетях питания;
• Измерение гармонических составляющих и искажений в системах;
• Определение характеристик шумов в источниках постоянного напряжения;
• Тестирование импульсного отклика фильтров и систем;
• Анализ вибрации.

Рисунок 12. Спектр сигнала (режим БПФ) 

Как правило, спектр БПФ на экране обычно сжимается по горизонтали до 250 точек, но в WaveAce можно развернуть спектрограмму с помощью функции масштабирования БПФ на коэффициентах 1× / 2× / 5× / 10×, чтобы более подробно отобразить ее компоненты в каждой из 1024 точек данных (Zoom/растяжка БПФ). Для отображения и анализа результатов преобразования с большим динамическим диапазоном вместо Vrms можно выбирать шкалу dBVrms, которая для вывода на экран использует логарифмический масштаб.

Функция допускового контроля «Годен/Не годен» (Pass/fail) может отслеживать изменения сигналов исходя из того, находится сигнал внутри заданной пользователем маски (годен) или выходит за лимитированные пределы (не годен). Вызов меню создания масок производится нажатием кнопки «Mask Setting» на передней панели осциллографа. Нажатие на кнопку «Create Mask» создает маску или вносит изменения в уже существующий шаблон.

При помощи кнопок «X/дел Mask», «Y/дел Mask» и многофункционального регулятора на передней панели осциллографа производится установка горизонтального и вертикального допуска в пределах регулировки 0.04 … 4.00 деления на один шаг.

Рисунок 13. Вид экрана допускового контроля
(«Запуск теста сравнения») 

Функция регистратора (Record/Play) может записывать форму входных сигналов Каналов 1 и 2 с максимальной длиной записи 2.5000 кадров (осциллограмм). Регистратор позволяет записать «быстрые» сигналы и медленно их воспроизвести или записать «медленные» (до 1000 секунд) сигналы и в дальнейшем быстро их воспроизвести. Регистрация может быть активирована выходом Pass/Fail (Годен/Нет), что делает функцию особенно полезной для получения аномальных сигналов в длительной последовательности без непосредственного визуального контроля.

Рисунок 14. Вид экрана «Запись»
(в левом верхнем углу – счетчик кадров)  

Диапазон регулировок в режиме запись: скорость регистрации от 1 кадр/ 1 мс - для быстрых или ВЧ сигналов до 1 кадр/1000 с – для медленных сигналов или достаточно статичных процессов. По умолчанию при активации цифрового регистратора дискрет скорость записи выбирается равным 100 мс.

При воспроизведении записанного сигнала (режим Play Mode), которое может быть организовано по принципу закольцованного режима () или однократного воспроизведения (). Интервал времени между воспроизведением каждого из записанных кадров может быть установлен в пределах значений от 1.00 мс до 1000 с. Следует учесть, что записанные в регистратор осциллограммы не имеют энергонезависимой памяти и при выключении питания осциллографа будут удалены.

Программное обеспечение EasyScope (рис. 15), поставляемое в составе прибора позволяет осуществлять дистанционное управление осциллографом через виртуальную панель управления, в том числе в режиме допускового контроля. Широкий перечень настроек и удобный выбор требуемого контекстного окна обеспечивают легкий доступ к измеренным параметрам, быстрое сохранение осциллограмм непосредственно на персональный компьютер в виде графических файлов (bmp.) или массивов данных (bin./csv.). Для этого предназначены соответствующие разделы-закладки «Wave Measurements», «Wave Graph», «Wave Data».

Кликните для увеличения

Рисунок 15. Окно рабочего стола ПО EasyScope 

При работе с графиками, сохраняется и доступна пользователю информация, связанная с осциллограммой отражающая: входной канал, положение органов управления (коэфф. усиления и развертки, уровень запуска и тип синхронизации), временную задержку. В пределах одного рабочего окна доступны такие функции работы с осциллограммами: отображение графика, копирование, вывод на печать, обновление экрана и др.

Серия WaveAce поддержана линейкой специально разработанных пассивных пробников из четырех моделей PP013/ PP014/ PP015/ PP016 с полосами пропускания 60/100/200/300 МГц соответственно. Входной импеданс 10 МОм//12 пФ. В составе комплекта поставки по 2 пробника (1×/10×) с полосами пропускания, совпадающими с верхней частотой осциллографа.

В настоящее время в соответствии с поручением Ростехрегулирования РФ испытания осциллографов серии WaveAce для целей утверждения типа СИ завершены с положительным результатом и приборы включены в Госреестр СИ РФ.

Новая серия от LeCroy призвана расширить применение современных цифровых осциллографов в образовательной сфере (технический ВУЗ/колледж), а также делает доступным переход с устаревших аналоговых осциллографов на более современные цифровые модели в сегментах промышленного производства электроники, для регулировки трактов радиооборудования, сопровождения типовых научных разработок РЭА и на предприятиях сервиса.