Описание цифрового осциллографа

Мы рассмотрели общие принципы организации исследования цифровых схем в динамическом режиме при помощи осциллогра- фа. Для их корректного использования необходимо ознакомиться с основными возможностями и особенностями работы конкретного осциллографа, который используется при выполнении лаборатор- ных работ.

Рассматриваемый осциллограф является цифровым и относится к классу виртуальных измерительных приборов, так как выполнен в виде PCI платы расширения инструментального компьютера. Для отображения результатов измерения используется экран монитора, а органами управления являются элементы графического интер- фейса пользователя.

Принцип его работы состоит в следующем. Исследуемый пе- риодический сигнал подается на вход Y вертикального отклонения. После нормирования путем усиления до необходимого значения сигнал поступает на вход АЦП (аналогово-цифрового преобразова- теля), где преобразуется в цифровой код. Скорость преобразования (частота дискретизации измеряемого сигнала) составляет 120 МГц. Это соответствует осуществлению за 1 секунду 120 миллионов преобразований исследуемого сигнала. Результаты преобразований накапливаются в буферном ОЗУ, где формируется цифровой образ измеряемого сигнала в виде последовательных цифровых отсчетов. Измерения проводят в режиме ждущей развертки с запуском от внешнего синхронизирующего сигнала, который подается на вход

Х осциллографа. Выбранное заранее изменение внешнего синхро- низирующего сигнала (0 → 1 или 1 → 0) определяет начало фор- мирования образа измеряемого сигнала или цикла работы схемы.

Программное обеспечение осциллографа позволяет осуществить вывод содержимого буферного ОЗУ на экран монитора для визу- ального наблюдения сигнала в удобном для пользователя виде с возможностью перемещения начала развертки сигнала по оси вре- мени.

Отличительной особенностью осциллографа является использо- вание буферизации оцифрованных отсчетов периодических сигна- лов не только для их последующего отображения, но также и для их специальной обработки. Цель этой обработки, которая называ- ется «режимом эквивалентных выборок», состоит в искусственном повышении частоты дискретизации, то есть скорости работы АЦП. Это свойство дает возможность проведения измерений сигналов быстродействующих схем с задержками переключения, выражен- ными в единицах наносекунд, к которым относится элементная ба- за универсального лабораторного стенда.

Из данной особенности вытекает вывод о том, что при помощи данного виртуального осциллографа можно исследовать только периодические сигналы. Это требование принципиального харак- тера и должно неукоснительно соблюдаться при проведении экспе- риментов.

Осциллограф — прибор одноканальный, т.е. в каждый мо- мент времени можно непосредственно наблюдать только один сиг- нал. Очень важная особенность осциллографа состоит в возможно- сти запоминания в его памяти нескольких периодических сигналов. Эта функция условно называется «замораживанием» сигнала. Если для ряда сигналов, которые интересуют экспериментатора, выбран один и тот же способ запуска развертки (внешний сигнал и харак- тер его изменения), то появляется возможность одновременно ви- зуально отображать и сопоставлять сигналы из этого ряда. Это обеспечивает удобство при измерениях динамических параметров, например, задержек переключения. Для этого последовательно осуществляются наблюдения ряда сигналов с их последующим

«замораживанием». При проведении измерений задержек переклю-

 

чения или сдвигов сигналов на экран осциллографа может быть выведена любая требуемая совокупность «замороженных» сигна- лов.