Hogyan válasszunk 1 GHz-es oszcilloszkópot?
Megjelent: 2022. március 02.
Az iparági szakértők a megfelelő oszcilloszkóp kiválasztására vonatkozó útmutatóban olyan kulcsfontosságú szempontokat osztanak meg, mint a mintavételi frekvencia, a könnyű használat és még sok más.
A mai 1 GHz-es oszcilloszkópok a modern elektronikai laboratóriumok munkagépei. Széles választék áll rendelkezésre ezen a teljesítményszinten, ami kihívást és zavart okozhat a kiválasztásban. Mivel sokan ugyanazt a teljesítményt és funkciót kínálják nagyon hasonló áron, fontos, hogy a tesztmérnökök az adatlapon túlmutatva találják meg a mérési követelményeiknek és a sajátos munkamódszerüknek leginkább megfelelő oszcilloszkópot. A méréstechnológiai ipar néhány vezető szakértőjét kérdeztük meg az 1 GHz-es oszcilloszkóp kiválasztásának legjobb megközelítéséről.
Az alapok
Mike Hoffman, a Keysight Technologies termékmenedzsere rámutatott: „A legutóbbi adatok szerint jelenleg különböző gyártóktól 35 egyedi, 1 GHz-es oszcilloszkópmodell kapható a piacon.” A tesztmérnökök számára tehát kritikus első lépés az oszcilloszkóp kiválasztásakor, hogy figyelembe vegyenek néhány alapvető mérőszámot. Az egyik legfontosabb szempont a csatornák száma. Bár a legtöbb termék két vagy négy analóg bemeneti csatornát kínál, kaphatók 6 csatornás oszcilloszkópok is, amelyek több adatrögzítési lehetőséget tesznek lehetővé. Sok 1 GHz-es oszcilloszkóp digitális bemenetet is kínál, ami különösen fontos a komplex kevert jelű alkalmazásoknál. Az alkalmazás követelményeitől függően a tesztmérnököknek érdemes megfontolniuk a 16, 32 vagy 48 digitális csatorna hozzáadását. Minél több a csatorna, annál több jelet tud összehasonlítani a felhasználó. A megnövekedett csatornaszám azonban megnövekedett költségekkel jár, ezért a mérnöknek mérlegelnie kell, hogyan tudja igényeit a költségvetéséhez mérten kialakítani.
A funkcionalitás alapvető része a memóriamélység. Mivel a digitális tárolós oszcilloszkóp a mintákat egy puffermemóriában tárolja, a memóriaméret határozza meg, hogy mennyi ideig képes rögzíteni egy jelet, mielőtt a memória betelik. Egy oszcilloszkóp rendelkezhet nagy mintavételi sebességgel, de ha csak kis memóriát kínál, akkor csak néhány időbázison tudja majd használni a teljes mintavételi sebességet. Általában minél mélyebb a memória, annál jobb, ugyanakkor a felhasználóknak nincs értelme olyan memóriáért fizetni, amelyre nincs szükségük.
Az alkalmazástámogatás egy másik fontos szempont. A korszerű oszcilloszkópok olyan alkalmazási szoftverrel rendelkeznek, amely bizonyos helyzetekben megkönnyíti a tesztelést. Például a rádiófrekvenciás (RF) szoftver lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a jelek egy sorát a frekvenciatartományban az amplitúdó és a fázisidő függvényében tekintsék meg. A jelintegritás és a jitter mérésére szolgáló csomagok fontosak lehetnek a kommunikációs alkalmazásokban, míg az olyan jellemzők, mint a teljesítményveszteség és a felharmonikusok automatizált teljesítménymérése fontos, ha az energiahatékonyság kritikus paraméter. A beágyazott rendszerek hibakeresésére szolgáló, analóg és digitális komponenseket vegyesen tartalmazó szoftverek szintén prioritást élvezhetnek.
Az 1 GHz-es oszcilloszkópok esetében a sávszélesség általában nem jelent problémát a legtöbb általános alkalmazásnál. A valós idejű szemdiagramokat igénylő vagy jitter méréseket végző projekteknek azonban sokkal nagyobb sávszélességre van szükségük, mint a leggyorsabb mérendő jeleknek.
A sávszélesség sem olyan egyszerű, mint amilyennek látszik. Minden oszcilloszkóp általában aluláteresztő frekvenciaszűrőként működik, amelynek frekvenciaválasza magasabb frekvenciákon csökken. Az 1 GHz-es vagy annál kisebb sávszélességű oszcilloszkópok Gauss-választ mutatnak, azaz a -3 dB frekvencia körülbelül egyharmadánál kezdődő lassú lecsengést. Az 1 GHz-nél nagyobb sávszélességi specifikációknál az oszcilloszkópok jellemzően maximálisan lapos frekvenciaválaszúak, és élesebb roll-off karakterisztikát mutatnak.
Általánosságban a tesztmérnököknek az „ötszörös szabályt” kell alkalmazniuk, amely szerint az oszcilloszkóp sávszélességének a maximális jelsávszélesség ötszörösét kell nyújtania. Ez azt jelenti, hogy az 1 GHz-es oszcilloszkópok a legmegfelelőbb eszközök a mai kommunikációs sávok többségében, például a rádió- és televízió-műsorok, a szárazföldi és tengeri mobil, valamint a repülés és az űrkutatás területén használt alkatrészek elemzésére.
Egy másik fontos tényező, amelyet szem előtt kell tartani, a felfutási idő. A Gauss-típusú válaszú oszcilloszkópok 0,35/sávszélességi frekvenciaemelkedési időt mutatnak; a maximálisan lapos válaszok 0,4/sávszélességi frekvencia körüli emelkedési időt eredményeznek. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az 1 GHz-es oszcilloszkópok felfutási ideje 350 és 450 s között változhat, ami kritikus tényező lehet, ha a digitális jelek megtekintése kritikus.
A zaj szintén fontos szerepet játszik. Az oszcilloszkóp zajszintje határozza meg, hogy mennyire képes alacsony szintű jelek mérésére. Ez jellemzően millivolt (csúcstól-csúcsig terjed), és néhány oszcilloszkóp rendelkezik átlagfelvételi móddal a zaj kiküszöbölésére.
Végül a kiegészítő funkciók segíthetnek a szabványnak való megfelelés biztosításában, vagy akár túl is szárnyalhatják azt. Brad Odhner, a Tektronix és a Keithley Instruments műszaki marketingmenedzsere így nyilatkozott: „Amellett, hogy valamilyen szabvány megfelelőségi tanúsítványának megfelel, túlteljesítése lehetővé teszi, hogy előnyre is szert tegyen a versenytársakkal szemben.”
A mintavételi sebesség számít
Az 1 GHz-es oszcilloszkópok esetében a mintavételi sebesség 2,5 és 6,25 GSPS (Giga-Samples Per Second) között változhat, és sokan úgy vélik, hogy a magasabb mintavételi sebesség jobb mérési eredményeket ad. Ennek az az oka, hogy minél szorosabban vannak egymáshoz képest a minták, annál nagyobb az időzítési felbontás, ami folyamatosabb hullámforma-megjelenítést eredményez. A mai digitális tárolós oszcilloszkópok szinte mindegyike azonban automatikusan szűrést végez, hogy nagyon nagy sűrűségű rekonstruált mintákat szolgáltasson. Ez azt jelenti, hogy egy 1 GHz sávszélességű oszcilloszkóp, amely legalább 2,5:1 arányú mintavételi arányt kínál a sávszélességhez képest, képes mind a nagyfrekvenciás analóg jelek, mind a digitális jelek gyors átmeneteinek pontos rögzítésére.
A számok mögött
A tesztmérnököknek figyelembe kell venniük az oszcilloszkópok néhány kevésbé kézzelfogható előnyét is, különösen azért, mert a piacon számos termék megfelel ezeknek a műszaki előírásoknak. A garancia hossza és a javítás gyorsasága kritikus fontosságú. Egyes gyártók hároméves garanciát kínálnak, mások akár öt évet is biztosítanak alapesetben, és a javítási idő szintén döntő fontosságú. A Tektronix például olyan javítási szolgáltatást hirdet, amely gyors átfutási idővel, a javítás teljes költségének fedezésével és 90 napos szervizgaranciával büszkélkedhet.
Egy másik tényező a szoftverfrissítés. A szokásos szoftvercsomag frissítései mellett egyes gyártók további feladatok elvégzésére is kínálnak opciókat. A Tektronix olyan szoftvercsomagot kínál, amely a hagyományos digitális oszcilloszkóp termékeit vektoros jelelemzővé, impulzuselemzővé, WiGig- vagy WLAN-tesztelővé alakíthatja.
Könnyű használat
Minél egyszerűbb az oszcilloszkóp használata, annál több időt lehet az adatok rögzítésére fordítani. Az ismertség fontos tényező, és sok laboratórium ugyanazt a terméket a gyártótól vásárolja meg, hogy a képzési igényeket a lehető legrövidebbre csökkentse.
A gyártók sok időt fordítanak arra, hogy a felhasználói felületet leegyszerűsítsék, hogy a vásárlók minél jobban eligazodhassanak rajta. „Ha egyszerűbbé tudjuk tenni termékeink használatát, lehetővé tehetjük a mérnökök számára, hogy több időt tudjanak a tervezésre fordítani” – mondta Odhner.
Az ismertségen kívül talán a legfontosabb tényező a képernyő mérete, mivel a nagyobb képernyőkön könnyebb azonosítani a problémákat. Az oszcilloszkóppal való interakciót segítheti az érintéstechnológia is, amelyet gyakran tartalmaznak a nagyobb képernyővel rendelkező rendszerek, megkönnyítve a képernyő- és menünavigációt.
Nem csak az oszcilloszkópról van szó
A tartozékok is szerepelnek a „kipipálandó” listán. Az oszcilloszkópok esetében ezek főként különböző szondák formájában jelennek meg, amelyek jelentős hatással lehetnek mind a mérési pontosságra, mind a kezelő biztonságára. Különböző szondák állnak rendelkezésre olyan speciális feladatokhoz, mint például az összetett elektronikus áramkörök hibakeresése vagy a nagy sebességű soros buszjelek jelintegritásának mérése.
A márka jó útmutató?
Egyes gyártóknak nagyon erős a márkahírneve. A nagynevű márkák kiválasztása vonzó, mivel a márkanév gyakran garancia a működés meghatározott színvonalára, a jobb kezelhetőség, a nagyobb megbízhatóság vagy a kiváló műszaki támogatás terén. A Tektronix és a Keysight például azért ismert, mert rendkívül jó minőségű termékeket kínálnak, és hosszú évek óta vezető innovátorok az oszcilloszkóptechnológia fejlesztésében.
Bár a nagy márkanevek nagyszerű funkciókat kínálnak, gyakran él az a vélekedés, hogy a hírnévnek ára van. Azonban még ha egy projekt árérzékeny is, ez nem feltétlenül ok arra, hogy visszariadjon egy jól ismert márkától. „Egyetemi szinten szükség van olcsó, de nagy teljesítményű oszcilloszkópokra, amelyek képesek hullámformát megjeleníteni a képernyőn. Ugyanakkor nem igazán van szükségük ultra-nagy teljesítményű funkciókra” – mondta Hoffman. A Keysight termékkínálatában például már 500 USD-től kezdődően is találhatók oszcilloszkópok. Nem feltétlenül a név a döntő tehát, hanem inkább annak mérlegelése, hogy a gyártó képes-e a szükséges áron megfelelni a szükséges követelményeknek.
Használjon inkább PC-t
Egy másik lehetőség a PC-alapú oszcilloszkóp – gyakorlatilag egy szabványos oszcilloszkóp, amely kijelzőként személyi számítógépet használ. Előnyei közé tartozik a nagyobb hordozhatóság, amely szükség esetén lehetővé teszi az otthoni munkavégzést, több tárhelyet biztosít az adatpontok számára, és sokkal nagyobb kijelzőt tesz lehetővé. A PC-alapú oszcilloszkópok egyik vezető gyártója a Pico Technology. A vállalat tapasztalata szerint ez a lehetőség népszerű az egyetemek körében. Mike Purday, a Pico Technology regionális igazgatója (EMEA) elmondta: „Az egyetemek a tankönyvekhez hasonlóan saját oszcilloszkópokat adnak a hallgatóknak. Ma már saját oszcilloszkópjuk lehet, amelyet a tanfolyam teljes ideje alatt megtartanak – ez néhány évvel ezelőtt még elképzelhetetlen lett volna.”
A hordozhatóság egy másik nagy vonzerő. „A PicoScope-ot egyszerűen össze tudom csomagolni a laptopommal együtt, amikor utazom vagy távolról dolgozom – ezt egy hagyományos asztali oszcilloszkóppal természetesen nem lehet megtenni” – mondta Purday.
Bár a Pico a PC-alapú oszcilloszkópok specialistájaként ismert, néhány dedikált oszcilloszkóp gyártója is kínál PC-alapú változatokat. A Keysight egy kétcsatornás szkópot kínál 4 Mpts memóriamélységgel, 5 GSPS mintavételi sebességgel és 450 ps felfutási idővel.