Пара слов об осциллографах

Хотел бы сказать пару слов о различии цифрового осциллографа от аналогового, а также ряд особенностей на которые бы стоило обращать внимание. Конечно, для начала хватит и аналогового, надолго хватит, но последнее время появилось множество осциллографических приставок по вполне вменяемым ценам — от 6тыр. Да и за 15тыр можно взять простенький цифровой осциллограф. Возникает дилемма — аналоговый или цифровой.

Аналоговый хорош тем, что во первых не слишком дорогой, а во вторых не искажает сигнал. То есть там не бывает цифровых шумов и лесенок при обработке быстрых сигналов. По аналоговому осциллографу гораздо приятней разглядывать форму сигнала, она будет ближе к естественной. Это один из главных козырей аналога.

В чем же главная фишка цифрового осцилла?
Во-первых, это очевидно, что раз сигнал цифровой, то мы можем его обрабатывать как угодно. Записывать и останавливать. Сравнивать записанное с текущим сигналом и прочие приятные вещи.

Но я же ценю цифровые осциллографы не за возможность записи, на самом деле этой функцией я пользовался только несколько раз и то по приколу. Главный рулез это куча вариантов запуска.

Как запускается развертка аналогового осциллографа? По совпадению уровня. То есть достиг сигнал уровня — стартует развертка и период сигнала отражается на экране. Много тут не наловить. Попробуй, например, поймать UART пачку, у него биты разных байтов могут быть смещены относительно друг друга. И на каждом фронте произойдет сработка триггера, что вызовет пляску картинки на экране. То есть понять, что что то передается мы сможем, а вот прочитать что именно передается уже нет.
На цифровом осциле же можно в пару тычков задать зону нечувствительности синхронизации, чтобы после старта некоторое время осцил не воспринимал сигнал и не реагировал на условие. Это позволяет ловить сигнал хитрой формы. Вроде посылок UART или амплитудно модулированного сигнала. Можно задать задержку запуска. То есть вначале условие, а потом, спустя время тупняка, включается развертка и мы ловим сигнал.
Есть даже такие хитрые условия старта, как по скорости нарастания или спада сигнала, по длине импульса, по определенной комбинации. Что позволяет ловить например, конкретно старт бит какой-нибудь I2C посылки.

Отдельно стоит сказать про одиночный запуск. На аналоговом осциллографе это не возможно, так как люминофор после прохождения луча гаснет быстро (про спецосциллографы с долгим послесвечением не говорим, это все же экзотика) и мы можем нормально углядеть только периодические сигналы. А на цифре же таких проблем нет — щелк и поймали один период. Идеально для отладки всяких протоколов. Например, мне потребовался один единственный прогон программы, чтобы понять что моя микросхема часов не отвечает на свой адрес и начать уже рыть в другом направлении.

Еще одной фичей цифровых осциллографов является математическая обработка сигналов. Можно, например, проводить на лету преобразование Фурье, раскладывая сигнал на гармоники. Складывать и вычитать сигналы на разных каналах, перемножать их (впрочем, это умеют делать и некоторые аналоговые).

Курсорные измерения это также эксклюзивная фишка цифровых осциллографов. Суть в том, что нам уже не нужно прикидывать на глазок по сетке координат величины сигнала или длительности — навел курсор и он тебе показал напряжение, или время между двумя точками. Над курсорными показаниями также можно выполнять математические действия, например вычесть одно из другого. Также можно выводить на экран сразу кучу показаний. Я обычно среднее напряжение и частоту вывожу на экран.

О рулезах рассказал, надо упомянуть и скоростных параметрах.

Частота выборки:
Главнейшим скоростным параметром любого цифрового осциллографа является частота выборки. Она же частота дискретизации. Измеряется в сэмплах в секунду (обычно в мегасэмплах, но не суть). И вот тут начинаются приколы. Особенно если рассматриваются дешевые цифровые осциллы или комповые приставки.
Представим себе синусоидальный сигнал. Сколько надо точек чтобы его изобразить? Очевидно, что хорошо бы не менее шести точек на период. И то, если сигнал более сложной формы, то мы можем потерять кучу деталей, например какие нибудь искажения этой синусоиды. Для отлова фронтов прямоугольного импульса надо еще больше точек. В общем, для адекватной оцифровки формы частота выборки должна быть в порядок выше частоты пропускания. То есть, если осциллограф на 40Мгц, то частота выборки должна быть где то в районе 400MSa/s. Вот тут то большая часть приставок и сливаются — у них частота выборки обычно совпадает с пропускной, а значит заявленную пропускную можно смело снижать в 10 раз — так как там уже показометр получается.

Есть еще один хитрый трюк, позволяющий резко повысить частоту дискретизации — эквивалентная дискретизация. Она может быть заявлена чудовищной. Но это как «китайские ватты» — бесплатного сыра не бывает. Эквивалентная дискретизация работает только на периодических сигналах. То есть для построения формы сигнал сначала очень много раз считывается, при этом снимаются точки в разных местах — периоды то одинаковые как близнецы братья. И по этой прорве данных строится график. Так что если вы видите подозрительно высокую частоту, то уточните не эквивалентная ли она.

Разрешение
Это то сколько уровней отсчета по напряжению может нарисовать на своем экране осцилл. Обычно это 8 бит. Вполне хватает.

Обьем памяти
Еще один важный параметр. Показывает как долго осциллограф может записывать инфу. Память тут редко измеряется мегабайтами. Точнее есть осциллографы с очень большим обьемом памяти, но стоят они как хорошая квартира. Обычный обьем — 256…1024Кб при современных ценах на память выглядит страшно. Не иначе гадкие козни маркетологов.

Защита входов
Это больше касается разнокалиберных приставок. У стационарных осциллографов обычно защита входа до 400Вольт — это стандарт. А вот у приставок может быть гораздо меньше. И хорошо еще если будет потенциальное разделение осциллограф — комп. Иначе пробой высокого напряжения угробит не только осциллограф, но и компьютер. А это не самая радостная перспектива. Этот вариант надо прощупать заранее, пока не стало слишком поздно. Отмазки вроде — «да я не буду ничего высоковольтного щупать» тут не особо катят. Можно, банально, по ошибке ткнуть не туда или на конденсатор заряженный выше предела залезть. И все. Привет осциллограф, а может и мать. В общем, зырьте в оба когда будете выбирать.  Но, если бы мне, имея 10-15тыр на руках, пришлось выбирать брать аналоговый осциллограф или цифровую приставку — я бы взял цифровую приставку.

Ссылка по теме:
Использование осциллографа
Цифровой осциллограф RIGOl DS1042CD

38 thoughts on “Пара слов об осциллографах”

  1. Еще, цифровой на столе занимает примерно в 3-5 раз меньше места. Я хоть и доволен своим Тектрониксом 453A 1974 года выпуска (схематически, 100%-ный советский аналог это С1-64), купленным на ebay за за 4 десятки, но все же ну уж очень он длинный, жутко неудобно если рабочий стол стоит у стенки…

    У недорогих цифровиков разрешающая способность экрана довольно маленькая, в итоге все в квадратиках, в т. ч. сигнал. А у тех, что получше, и соответственно поболее уровней дискретизации сигнала, цена уже абсолютно неподступная.

    1. У меня основной осциллограф — С1-64 года 82. Весьма доволен. Ну а по причинам упомянутым tchicago («но все же уж очень он длинный»…) для более простых работ держу С1-112 (10 МГц). При прямоугольной трубке 8см у него небольшие размеры и пластмассовый корпус (не коротнет на корпус в тесном месте). Действительно, цифровые, по разумной цене — слишком примитивны, а те, что могли бы меня устроить как профессионала и составить достойную конкуренцию моему С1-64 — стоят дороже приличного компьютера… А всякие приставки к компу за 250-300 и более баксов — примитивны, неудобны, а с учетом габаритов совместно с компом — лучше уж С1-64. Такие функции, как анализатор спектра или математическая обработка — при работе с цифровой техникой практически не требуются, так же как и точные измерения. Для точного измерения частоты, длительности, периода -частотометр есть. А несколько процентов и С1-64 прекрасно держит.

      1. «А всякие приставки к компу за 250-300 и более баксов — примитивны, неудобны, а с учетом габаритов совместно с компом — лучше уж С1-64.»
        Пользовался?

        «при работе с цифровой техникой практически не требуются, так же как и точные измерения»
        Зато очень пригождаются одиночные старты и возможность ловить кодовые последовательности. Плюс запись передачи и последующее ее разглядывание.

        1. Посмотрел в магазине и описания в Интернете — желания пользоваться не возникло. Баксов за 50 — может, и попробовал бы (чисто из любопытства).
          «Зато очень пригождаются одиночные старты и возможность ловить кодовые последовательности.» — на С1-64 настолько яркая трубка, что прекрасно видны редкие или одиночные старты, даже на самых быстрых развертках с десятикратной растяжкой. Для кодовых последовательностей (периодических) очень удобны спец. режимы развертки — «А + Б», «A с подсветкой Б», и другие. Я легко выделяю и строку из видеосигнала, и когда — то легко наблюдал любые сигналы системной шины своего самодельного компа на 580ИК80.
          Всегда можно выбрать оптимальную точку для синхронизации, зациклить кусок программы, сформировать программно для отладки смнхроимпульс на какой-нибудь ноге. Главное — четко представлять, что ты ожидаешь увидеть, а иначе и осциллограф не поможет.

          1. >Главное — четко представлять, что ты ожидаешь увидеть, а иначе и осциллограф не поможет.
            если бы я четко представлял что хочу увидеть — осциллограф бы мне не понадобился. это касается только цифровой техники, имхо)
            характерный пример — снифф протокола обмена редких девайсов, на которых и инструкции то не сыщешь)

    2. «У недорогих цифровиков разрешающая способность экрана довольно маленькая, в итоге все в квадратиках, в т. ч. сигнал.»

      Гхм. У моего 320 на 234. Вполне хватает, осциллограммы я выкладывал неоднократно. Меньше разрешение я не видел.

  2. «Скоро выложу описание своего RIGOL 1042CD со всеми плюшками и каками.»
    Жду не дождусь. Давно присматриваюсь к Риголу.

    1. ИМХО за его стоимость ничего круче найти нельзя. Памяти много, работает шустро. Вполне удобен. Сделан добротно. Анализатор у него, правда, так себе. Слабоват. Только показывать умеет. Ни тебе по IIC или по SPI разложить, ни UART дешифровать. ТАк что это не логический анализатор, а логический показометр :)

      1. Почем опиум для народа?
        Пока что присмотрел на eBay за 600$ Rigol DS1052E — из новой их серии, жаль без логического анализатора, зато с «гигасэмплом» :)

        1. А зачем на ебее? На амазоне он же за 595, причем гарантированно новый. Но с Е моделями поосторожней, это «Educational» (образовательный) вариант, то есть для студентов. Там скорей всего много функциональности урезано.

          На том же амазоне DS1062C за $800.

          Посмотри еще на ебее б/у аналоговый Tektronix 465. Он не очень огромный, и считается самым удачным народным аналоговым осциллографом за всю историю.

            1. О, это я не в курсе. Просто чел упомянул покупку на ебее, подразумевая что дело происходит в США, я просто предложил альтернативный вариант.

            2. Если продавец не занижает инвойс (а очень многие идут на эту уступку покупателю), то стоимость растаможки — 30% от суммы, превышающей 10.000 рублей. Т.е. если осциллограф стоит 21600, то таможня возьмет дополнительно 3480 р.

          1. На eBay тоже новые, уже за 510$ с доставкой нашел.

            «с Е моделями поосторожней, это “Educational” (образовательный) вариант, то есть для студентов. Там скорей всего много функциональности урезано»

            Пока что в глаза бросается только резко улучшенная по сравнению с предыдущими версиями частота дискретизации :)
            Инструкции еще не сравнивал, но ИМХО E — это просто следующая буква за уже существующими C и D :)

  3. спасибо, интересно. особенно про ловлю пачек импульсов полезная инфа, я давно задаюсь вопросом как это сделать.

  4. У меня С1-114. Очень крутая машина! Пожалуй еще не было ситуации чтоб я чего-нить на нем не смог разглядеть. А для всяких там последовательностей — нужен не осцил, а логический анализатор. ПЛИС на 100 МГц стоит куда дешевле аналогичного осцила. Надо только время и желание найти сделать… Я пока не нашел… :(

  5. Бесспорно, отдельный цифровой осциллограф гораздо круче приставки… но для некоторых несложных вещей мне вполне хватает старой USB приставки (кто-то из наших делал). Полоса — 200 кГц :), но ВЧ цепи отлаживать пока не требуется, а для цифры этого зачастую достаточно. Даже эта игрушка позволила мне как-то написать и отладить приемопередатчик RC5 на паре ATtiny.

  6. Доброго времени суток! Предлагают осцилограф С1-49 за недорого, стоит ли брать? Или он совсем примитивный?

        1. К слову. Все осцилы этой модели которые я знаю отдавали бесплатно. Свой такой я тоже кому то подарил (уже даже не помню кому, на сайте написал что отдаю и все :) )

          1. Не знаю, как в России, а в Украине они уходят на интернет аукционах за 500грн и более, и дело тут не в самом осциле. В них драгметалл как ни как(золото, серебро, палладий, тантал) …и все у нас это знают, и задарма никто не отдаст((( Проверено многократно.
            Например для С1-49:
            Масса драгоценного металла в 1шт:
            Золото: 1.21653
            Серебро: 6.24919
            Платина: 0.01977
            Палладий: 0.41933
            Источник: http://affinage.org.ua/argentum/soderzhanie-dragocennyx-metallov-v-s1-49.html (не реклама)
            И того, только по золоту уже дороже 500грн.. Прошли, увы, те времена, когда их скупали за копейки, и также за копейки можно было у дедушек на базаре найти(((

  7. Добрый день!
    Уважаемый DI HALT, подскажите! Мой вопрос связан с обработкой аналогового видеосигнала.
    В видеосигнале строки идут последовательно одна за другой. Длина строки — 64мкс. Мне нужно выделить из сигнала несколько соседних строк и проанализировать их вид. Какого плана осцилограф мне подойдет? Или, может, нужен анализатор? Я не разбираюсь в этой аппаратуре, поэтому прошу подсказать. Решение должно быть максимально дешевым.
    Спасибо.

  8. У меня осциллограф С1-101. Маленький, удобный. В пластмассовом корпусе.Работал им годами. Но вот недавно произошла с ним непонятка.Всё работает,но после стояния щупом(РВ3) на ATtiny12 микросхема перестала быть видима с Поньки , а также с СТК-500.
    Запустил и скомпилил такой же алгоритм на PIC16F628-cупер! Всё работает, а там простейший JDM-programmer.Может АВР отличаются особой хилостью? Пробовал стирать параллельным программатором тиньку12, как рыба об лёд. Померял разность потенциалов корпусов
    осцилла и компа около 2,6в

  9. Мне с осциллографом считаю повезло. Как то занесло меня командировкой под Саратов, в Энгельс. По работе понадобилось купить кондеров, которых у меня с собой не было. Нашел в Энгельсе магазин радиокомпонентов… Господи какие там сказочные цены! Я как раз собирался делать «теплый ламповый звук» для гитары и все что нужно (транс анодно-накаливания, кенотрон, основные лампы с крепежом и т.д.) всего рублей в 500. Но самое главное цифровой осциллограф UT 3062C (2 канала, полоса пропускания 60 МГц, дискретизация 500 МГц) всего за 10 тыр.
    У нас в ЧиД стоит 30 тыр.
    Конечно возвращаться из командировки с дополнительным грузом (не сколько вес, сколько объем) было не совсем комильфо, но оно того стоило )

  10. посмотрите продукцию «актаком» давно пользуюсь ихними виртуальными приборами Аск 3105 осциллограф. цифровик получаете в 2 раза дешевле, за счет отсуствия отображающей части, если вы как программист имеете на рабочем столе компьютер, то это очень удобный вариант.

    1. Ну и плюс отдельный прибор все же удобней. Сколько видел всяких виртуальных приставок — интерфейс у них дебильный.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha