Шиганов А.А. ЗАО «ПриСТ»
В статье рассматриваются новые бюджетные модели цифровых осциллографов серии GDS-71хххА от компании GW Instek (Тайвань), занимающей лидирующие позиции в сегменте бюджетного лабораторного оборудования. Появление данной линейки можно рассматривать как антикризисное предложение отвечающее критериям: ультракомпактность, производительность, функциональность. Изложены конструктивные особенности новых моделей осциллографов, реализованные новации, их отличия от предшествующей серии.
Компания GW Instek, расширила модельный ряд аналоговых и цифровых осциллографов выпуском новой серии GDS -71хххА. В арсенале измерительных ресурсов и технических характеристик новинок: автоматические и курсорные измерения, режимы растяжки, самописца и XY, синхронизация по длительности импульса и ТВ (кадр, строка). Сбор информации осуществляется в режимах: выборка, пиковый детектор (> 10 нс), усреднение (2…256), внутренняя память составляет 15 осциллограмм и 15 профилей настроек (запись/вызов).
Линейка включает три модели цифровых 2-х канальных осциллографов GDS-71062 A , GDS-71102 A , GDS-71152 A (рис.1) с полосами пропускания 60, 100 МГц и 150 МГц на базе 8-битного АЦП. Частота дискретизации входного сигнала в реальном времени составляет 1 ГГц на каждый канал. Установка значений частоты дискретизации происходит автоматически при переключении коэффициента развертки. Для периодического сигнала осциллографы обеспечивают эквивалентную частоту дискретизации входного сигнала 25 ГГц. Объем внутренней памяти осциллографов существенно увеличен и равен 1 Мб на канал (до 2 Мб при объединении).
Осциллографы обеспечивают использование внутреннего пикового детектора 10 нс при коэффициенте развертки от 500 нс/дел до 50 с/дел. Усреднение и отображение формы входного сигнала обеспечивается в пределах 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 разверток. Для удобства в работе реализован автоматический поиск сигнала (автоматическая установка коэффициента развертки, коэффициента вертикального отклонения и уровня запуска) в полосе частот от 40 Гц до верхней частоты полосы пропускания.
Рисунок 1. Осциллограф GDS-71152A (вид на переднюю панель)
Приоритетом в локализации и хорошей традицией выхода на рынок СИ стала полная русификация пользовательского интерфейса (внутреннее меню, панели и органы управления, справочная контекстная помощь). Такое преимущество над конкурентными моделями обеспечивает быстрый доступ к наиболее важным функциям, сокращает время освоения прибора. В состав каждого осциллографа включено Руководство по эксплуатации на русском языке, изготовленное типографским способом.
Новинки являются итогом работы разработчиков по модернизации ранее выпущенной серии GDS-71ххх с максимальной скоростью выборки 250 Мвыб/с в реальном времени (улучшение в 4 раза) и памятью 4 кб на канал (улучшение в 500 раз !!!). Краткое сравнение базовых характеристик и параметров новых осциллографов от моделей предыдущих серий приведено в Таблице 1.
С появлением модели GDS-71152A (с полосой пропускания 150 МГц) увеличены возможности пользователя по измерению и наблюдению более высокочастотных сигналов, так как в предшествующей линейке диапазон исследуемых сигналов был ограничен значением 100 МГц. Осциллографы оснащены высококонтрастным цветным ЖК-дисплеем (TFT, диагональ 14,2 см) с регулируемой яркостью. Разрешение ЖКИ 320 по вертикали, 240 по горизонтали. Внутренняя масштабная сетка: 8 х 10 делений (при включенном меню), 8 х 12 - при выключенном меню.
Конструкцией предусмотрен интерфейс управления и возможность подключения внешних устройств. Осциллографы обеспечивают возможность подключения к ПК через стык интерфейса USB2.0 на задней панели (сохранение данных, подключение к компьютеру для дистанционного управления).
Основные характеристики:
- Полосы пропускания: 60/ 100/ 150 МГц
- Число каналов: 2
- Частота дискретизации: 1 ГГц (на канал)
- Макс. длина записи: 2 Mб
- Коткл.: 2 мВ/дел …10 В/дел
- Кразв.: 1 нс/дел…50 с/дел (шаг 1-2-5), самописец от 250 мс/дел
- Поддержка SD (Secure Digital)
- Программирование и ДУ (USB 2.0)
- Гарантия 3 года
Функциональность и особенности:
- Встроенный калибратор может выступать в качестве генератора прямоугольного сигнала для демонстрационных целей и вспомогательных нужд.
- Сигнал калибратора имеет регулируемую частоту и скважность; диапазон выходных частот 1 кГц … 100 кГц (шаг 1 кГц); скважность: 5%…95% (шаг 5%).
- 4 функции математики и анализа, в том числе новый вид БПФ с.к.з (в вольтах) на участке 1 Кб.
- Для целей изучения правил пользования осциллографом, формирования у обучающихся устойчивых навыков ручной настройки схемы запуска и выбора синхронизации имеется возможность блокирования функции «Автоустановка».
- Слот SD (Secure Digital) для оперативной записи данных на карты памяти обеспечивает беспрецендетный уровень свободы при сборе, хранении и передаче сохраненных результатов в различных форматах: Отсчеты / Waveform data (.csv), Профили / Setup configuration (.set), Экраны / Screen images (.bmp).
- Сохранение 2-х осциллограм входного сигнала в качестве опорных шаблонов; вывод на экран осциллографа одновременно с текущими сигналами.
- Вход внешней синхронизации «Ext» (1 МОм / 15 пФ).
Органы управления функциональными режимами и дополнительными возможностями представлены на рис. 2.
Рисунок 2. Кнопки выбора режимов и дополнительных функций
- Управление режимами сбора информации
- Управление отображением ЖКИ
- Управление утилитами прибора
- Включение режима подсказок
- Автоматическая установка размеров изображения и оптимального режима работы схемы синхронизации
- Многофункциональный регулятор (установка значений параметров)
- Управление курсорными измерениями
- Управление автоматическими измерениями
- Сохранение и вызов осциллограмм и данных
- Экранная копия (вывод изображения)
- Запуск и остановка сбора данных
Представим некоторые технические характеристики новинок в более подробном изложении.
Коэффициенты отклонения каждого из каналов вертикального отклонения осциллографов имеют значения от 2 мВ/дел до 10 В/дел в последовательности 1; 2; 5. Пределы допускаемого значения погрешности Коткл. каждого из каналов на частоте 1 кГц не превышает ±3% (при непосредственном входе). Предусмотрено ограничение полосы пропускания входного сигнала до 20 МГц для фильтрации ВЧ составляющих при наблюдении низкочастотных сигналов. Время нарастания переходной характеристики (ПХ) каждого из каналов вертикального отклонения при непосредственном входе: GDS-71062 A - не более 5.8 нс, GDS-71102 A – не более 3.5 нс, GDS-71152 A – не более 2.3 нс. Входной импеданс 1 МОм/ ~16 пФ.
Органы управления каналами вертикального отклонения (ВЕРТИК) для изменения режимов работы каналов 1 и 2, а также управления разверткой (ГОРИЗОНТ), с помощью которых выбирается режим работы развертки, корректируется горизонтальный масштаб, расположение и растяжка сигнала представлены на рис.3a, 3b.
 |
 |
| Рисунок 3a. Органы управления каналами вертикального отклонения |
Рисунок 3b. Органы управления разверткой |
Связь входа. Режимы связи входного усилителя осциллографа: закрытый вход AC (на рис. 4a) – для прохождения на вход усилителя вертикального отклонения сигналов с частотой более 10 Гц, открытый вход DC (на рис. 4b) - для прохождения сигналов во всей полосе частот, включая постоянную составляющую, вход закорочен на корпус (GND) - входной сигнал не поступает на вход усилителя.
 |
 |
| Рисунок 4a. Связь по переменному напряжению | Рисунок 4b. Связь по постоянному напряжению |
Осциллограф обеспечивает следующие режимы работы каналов вертикального отклонения: наблюдение сигналов, математические операции с сигналами кан1/кан2, инвертирование сигнала (рис.5а, 5б), быстрое преобразование Фурье (БПФ), автоустановку изображения на экране и синхронизацию исследуемого сигнала («АвтоУст»).
 |
 |
| Рисунок 5a. Инверсия каналов выключена | Рисунок 5b. Инверсия каналов включена |
Пользователю доступны следующие математические операции с осциллограммами: сложение, вычитание, умножение. Кроме классического частотного анализа отображение БПФ «в дБ» имеется специализированный вид БПФ с возможностью измерения с.к.з. напряжения (В).
Значения коэффициента развертки осциллографа находятся в диапазоне 1 нс/дел … 50 с/дел. Предел значения допускаемой погрешности установки Кразв. ±0,01%, который определяет и абсолютную погрешность измерения временных интервалов.
Новые осциллографы обеспечивают все классические режимы работы трактата горизонтального отклонения: сбор данных в реальном времени (работа на основной развертке), окно, цифровая растяжка окна (на рис.6), самописец/Roll (на развертках 250 мс/дел. … 50 с/дел.).
 |
 |
| Рисунок 6a. Выделение окна для растяжки | Рисунок 6b. Применение растяжки окна |
В режиме «X-Y» входом оси X является сигнал, подаваемый на вход канала 1, а входом оси Y является сигнал подаваемый на вход канала 2. Нормированный фазовый сдвиг составляет ±3° на частоте 100 кГц.
Разработчиками в моделях серии GDS -71хххА предусмотрены все типовые режимы запуска и синхронизации. Осциллографы обеспечивают следующие виды запуска развертки: «Автоматическая» (с ручной или автоустановкой уровня синхронизации для сигналов с f> 40 Гц), «Ждущая», «Однократная», «ВИДЕО» (ТВ стандарты SECAM, PAL и NTSC; выбор поля/ строки). Для измерительных приложений, тестирования РЭА или отладки схем доступно задание условий запуска по длительности импульса (>,<,=,≠) в пределах от 20 нс до 10 с. Кроме того, осциллографы обеспечивают задержку запуска развертки в следующих пределах: предзапуск 10 делений, послезапуск 1000 делений.
Режимы синхронизации: внутренняя синхронизация сигналом в каналах, от сети, от внешнего источника. Внутренняя синхронизация обеспечивается при уровнях входного сигнала: от 5 мВ В диапазоне частот входного сигнала 0…25 MГц, от 15 мВ для частот свыше 25 МГц. Внешняя синхронизация обеспечивается при уровнях входного сигнала: от 50 мВ В диапазоне частот входного сигнала 0…25 MГц, от 100 мВ для частот свыше 25 МГц при допустимом суммарном значении постоянного и переменного напряжения на входе «Ext» не более 300 В.
Осциллографы обеспечивают в тракте синхронизации следующие виды связи, фильтрации и шумоподавления:
- АС - фильтр перем. составляющей (для прохождения в тракт синхронизации частот > 20 Гц).
- DC - фильтр пост. составляющей (для прохождения в тракт синхронизации всех частот без дополнительной фильтрации).
- LF - фильтр НЧ (для прохождения в тракт синхронизации частот ниже 50 кГц).
- HF - фильтр ВЧ (для прохождения в тракт синхронизации частот выше 50 кГц).
- Noise Rej - фильтр шума (для прохождения в тракт синхронизации сигнала, не содержащего шумовую составляющую).
С момента выхода предшествующих моделей (без индекса «А») были учтены запросы и пожелания пользователей, опыт эксплуатации, что позволило конкретизировать техническое задание на модернизацию линейки с целью повышения функциональности и программно-аппаратных ресурсов осциллографов. Для увеличения производительности в новинках реализован ряд новшеств и современных решений от GW Instek, которые в настоящее время имеются у цифровых осциллографов более высокого класса.
Инновационная технология MemoryPrime™ (рис. 7) обеспечивает непрерывный сбор данных и поддержку оцифровки сигнала с частотой дискретизации 1 ГГц при 16-и значениях Кразв. от 1 нс/дел до 100 мкс/дел (80% диапазона значений), обеспечивая тем самым широкий диапазон регулировки Кразв. Для наблюдения формы входных высокочастотных сигналов.
Рисунок 7. Диаграмма взаимосвязи параметра «дискретизация/развертка»
Впервые в осциллографах такого класса реализован доступ сразу ко всему объему данных записанных в память осциллографа, а не к отдельным фрагментам массива. Теперь появилась возможность передачи на ПК сразу 2 Мб данных для анализа всех зарегистрированного сигнала на более длительном интервале времени. При этом осциллограф обеспечивает высокоскоростной захват и целостное преобразование входных данных, что позволяет получить высокое разрешение, увеличить детализацию и достоверность отображения входного сигнала. Ранее выгрузка производилась блоками данных размером в «1 экран» точек, что было обусловлено определенными ограничениями программно-аппаратного исполнения.
Осциллографы новой серии имеют широкое меню автоматических измерений (19 видов – «напряжение/ время»), курсорных (?U; ?T; 1/?T) и измерения временных параметров методом растяжки окна.
Рисунок 8. Меню «Автоматические измерения»
К стандартному меню измерений в качестве новации добавлены 8 видов прикладных автоизмерений временных интервалов (Delay) между сигналами поступающими на входы каналов 1 и 2 в различной их комбинации (по фронту и срезу):
|
Меню |
Индикация |
Выполняемое измерение |
|
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 |
Это применять осциллографы GDS -71хххА для тестирования устройств эхолокации и других систем, где расстояние вычисляется по значению задержки отраженного сигнала относительно опорного. Целесообразно использовать данные ресурсы при тестировании 4-х полюсников для определения задержки при прохождении сигнала по тракту, настройки измерителей с применением доплеровского эффекта (радаров для определения скорости автомобилей, воздушных и морских объектов), а также отладки устройств целеуказания. Кроме того, функция позволяет использовать новую линейку осциллографов для измерения параметров дискретных и кабельных линий задержек. Такая функциональность и гибкость настройки меню измерений временных задержек встречается, например, в более производительных осциллографах серий WaveAce и WaveJet от компании LeCroy.
Благодаря предусмотренным в ПО FreeWave 2.0 плагинам Microsoft Excel&Word (подключаемым программным модулям) выполнение анализа осциллограмм, а также документирование результатов стало удобным и легким. Достаточно соединить осциллограф с ПК при помощи USB кабеля и последующим кликом мыши отправить собранные данные для обработки и представления их в табличном или текстовом виде.
Среди других дополнительных возможностей и инструментов по захвату, устойчивому детектированию и визуализации входных сигналов необходимо отметить нижеследующие функции и режимы:
- Функция Задержка (Delay). При необходимости имеется возможность задействования режима «Задержка» (Вкл/ Выкл) для смещения отображения осциллограммы по оси времени (горизонтальной шкале) относительно точки запуска развертки. При изменении Кразв осциллограмма сигнала на экране всегда будет располагаться в соответствии с заданным значением временной задержки для удобства наблюдения без дополнительных манипуляций ее позиционирования относительно масштабной сетки.
- Режим «Пиковый детектор». При необходимости имеется возможность включения пикового детектора. Данный режим предназначен для обнаружения всплесков длительностью менее 10 нс (например, при исследовании сигнала содержащего регулярные короткие выбросы) и снижения вероятности возникновения искажений при отображении сигнала. Режим «Пик-детектор» может эффективно использоваться в положениях регулятора Время/Дел 5 мкс/дел и более при этом запоминаются минимальные/ максимальные значения за все время накопления отсчетов.
 |
 |
| Рисунок 9a. Пиковый детектор выключен | Рисунок 9b. Пиковый детектор включен |
- Функция Удержание ( Holdoff ). Для применения в некоторых измерительных приложениях и ситуациях добавлен режим «Удержание» (блокировка запуска). Настройки данной функции определяют временной интервал, когда осциллограф не реагирует на пусковой сигнал. В течение этого промежутка времени система запуска становятся "слепой" игнорируя выполнение условий запуска. Эта функция помогает рассматривать сложные и нестабильные колебания, например, сигналы с амплитудной модуляцией (АМ). Диапазон установки интервала удержания 40 нс … 2.5 с.
- Интеллектуальный режим постоянного смещения. От более продвинутых осциллографов заимствован режим «Expand» - расширенная регулировка постоянного смещения по вертикали, выбираемая пользователем в зависимости от ситуации: в вольтах/GND или в делениях/Center. Это позволяет при изменении усиления отслеживать изменения сигнала в соответствии с текущим напряжением (GND – рис. 10a) или удерживать показания индикатора вертикального смещения на постоянном уровне (режим Center – рис. 10b).
 |
 |
| Рисунок 10a. Смещение в вольтах (относит. земли/ GND) | Рисунок 10b. Смещение в делениях масштабной сетки |
Выбор режима Center (дел.) имеет преимущество в том, что при изменении усиления осциллограмма остается в пределах сетки экрана, в то время как при выборе GND (вольт) она может выйти за пределы видимой области дисплея. В зависимости от условий конкретной измерительной ситуации или задачи может быть выбран один из вышеперечисленных способов вертикальной растяжки.
- Режим курсорных измерений. Курсорные измерения параметров проводится классическим способом в ручном режиме. Вертикальные/ горизонтальные курсоры перемещаются пользователем вращением регулятора. При перемещении активированного вертикального курсора относительно опорной линии, осциллограф автоматически вычисляет и отображает текущее значение измеренной разницы параметра в правой части дисплея (?-отсчет).
- Использование карт памяти SD. Слот Secure Digital (SD) расположенный на передней панели служит для оперативной записи файлов или переноса информации на внешней flash-карте с целью обработки данных на других компьютерах. Поддерживаются SD-карты с объемом памяти 2 Гб и более (файловая система FAT или FAT32). Сменные карты Secure Digital отличаются от других типов возможностью защиты хранящейся на них информации от копирования. К достоинствам SD флеш-карт также можно отнести высокую скорость записи/чтения, повышенную степень защиты информации на карте, механическую прочность, малые размеры и низкое энергопотребление. Еще одним преимуществом формата Secure Digital является то, что в SD-слот можно поставить и MMC-карты (но не наоборот).
Сохранение данных производится в различных форматах по выбору пользователя:
- Текущая экранная информация/ изображение экрана (*.bmp)
- Текущие настройки системы/ профили (*.set)
- Текущие отсчеты/ данные (*.csv)
- Последние сохраненные настройки системы (*.set)
- Последние сохраненные отсчеты/ данные (*.csv)
Осциллографы серии GDS -71xxxA сочетают надежность, функциональную насыщенность и инновационные решения, традиционно отличающие продукцию компании GW Instek, и что особенно важно - весьма доступную антикризисную цену. Комбинация технических характеристик осциллографа, высокой скорости сбора, большой внутренней памяти и возможностей программирования в новой линейке обеспечит инженеров инструментом, позволяющим глубже вникнуть в проблемы наладки, быстрее обнаруживать аномалии. Поддержка полос пропускания от 60 МГц до 150 МГц (в зависимости от модели) позволяет потребителю выбрать прибор, который наиболее оптимален для решения конкретной задачи.
В соответствии с поручением Ростехрегулирования РФ в настоящее время проводятся испытания серии для целей утверждения типа СИ и внесения в Госреестр СИ РФ.
Таблица № 1
|
Серия |
GDS-8хх |
GDS-2ххх |
GDS-71ххх |
GDS-71хххА |
|
Полоса пропускания |
60 MГц ~ 250 MГц |
60 MГц ~ 200 MГц |
25 MГц ~ 100 MГц |
60 MГц ~ 150 MГц |
|
Число каналов |
2 |
2 / 4 |
2 |
2 |
|
Макс. длина записи |
125 Кб |
25 Кб |
4 Кб |
2 Мб |
|
Частота дискретизации |
100 MГц |
1 ГГц |
250 MГц |
1 ГГц |
|
Эквив. частота |
25 ГГц |
25 ГГц |
25 ГГц |
25 ГГц |
|
Дисплей (LCD) |
5.7” STN |
5.6” TFT |
5.6” TFT |
5.6” TFT |
|
Коэфф. развертки Кразв. |
1 нс/дел ~ 10 с/дел |
1 нс/дел ~ 10 с/дел |
1 нс/дел ~ 10 с/дел |
1 нс/дел ~ 10 с/дел |
|
Коэфф. отклонения Коткл. |
2 мВ/дел ~ 5 В/дел |
2 мВ/дел ~ 5 В/дел |
2 мВ/дел ~ 5 В/дел |
2 мВ/дел ~ 10 В/дел |
|
Автоматические измерения |
15 |
27 |
19 |
27 |
|
Встр. регулир. |
Нет |
Да |
Да |
Да |
|
Слот SD-card |
Нет |
Нет |
Да |
Да |
|
USB Host |
Нет |
Да |
Нет |
Нет |
|
USB Device |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
RS-232C |
Да |
Да |
Нет |
Нет |
|
GP-IB |
Опция |
Опция |
Нет |
Нет |
|
Батарейное питание |
Нет |
Да |
Нет |
Нет |
|
Размеры (Ш × Г × В) |
310 × 254 × 142 мм |
310 × 140 × 142 мм |
||
|
Масса |
4.3 кг |
4.1 кг |
2.5 кг |
|
