קצב העדכון של אוסילוסקופ – מה הוא ומהם יתרונות המשתמש

מאת: מאט הולקומב – Agilent Technologies

תקציר: מאמר זה עוסק בטכנולוגיה של אוסילוסקופים המאפשרת להם לעבד טריגרים רבים יותר בכל שנייה לעומת אוסילוסקופים אנלוגיים, גם אם הם משוכללים ביותר. כולם בתעשייה מדברים על “קצב עדכון”. אך מה בדיוק המשמעות שלו? מכיוון שאין הגדרת תקן IEEE ל”קצב עדכון” של אוסילוסקופ, מאמר זה יסביר מהו ומהם היתרונות לך כמשתמש.

הגדרת קצב עדכון
בתחילת דרכם של האוסילוסקופים המשקפים הדיגיטליים (DSO), קצב העדכון נמדד לפי “נקודות בשנייה” ששורטטו בתצוגה. כל “נקודה” הייתה דגימה של ממיר אנלוגי לדיגיטלי (A/D). כשהופיעו נקודות רבות יותר על המסך, המשמעות הייתה שיותר דגימות A/D הגיעו למסך. כל זה בהחלט נכון, אך זהו אינו הסיפור כולו. אם האוסילוסקופ שלך אוסף מיליארדי דגימות בכל טריגר, ולאחר מכן דרושות לו עשרות שניות כדי להביא אותן למסך, כמה טריגרים נוספים החמצת? האם המכשיר שאותו אתה בודק ממתין בנימוס שהאוסילוסקופ שלך יסיים לפני שהוא יוצר תקלה נוספת? סביר להניח שלא.
אם כך, מדד נוסף של קצב עדכון יכול להיות “כמה טריגרים בשנייה מציג האוסילוסקופ על המסך”. המטרה כאן היא לבחור מספיק דגימות שישורטטו בכל טריגר כדי שעד שתגיע לקצה המתאים של התצוגה, תהיה מוכן לקבוצה הבאה. מצב זה נקרא “מצב עיוורון” – כמה זמן צריך צד הקליטה של האוסילוסקופ להמתין לצד המסך. שוב, שלא במפתיע, פרק זמן ארוך יותר יהיה עדיף. אך אם רק דגימות ספורות בכל טריגר נשלחות לתצוגה, קרוב לוודאי, שהתקלה שלך מסתתרת בין הדגימות האלה.
לעיתים קרובות מדי, מפרטי פרסומות של מוצרי אוסילוסקופ יתמקדו באחת מהגדרות אלה, תוך הזנחה של האחרת. עם זאת, תצוגות עם הנאמנות הגבוהה ביותר מושגות במערכות המשלבות מספר גדול של טריגרים בשנייה עם מספר גדול של נקודות בצורת גל. אוסילוסקופים המספקים ביצועים אלה, כל הזמן, בכל מצב, עדיפים עוד יותר.
אך מדובר פה יותר מפיקסלים מוארים במסך במהירות שהארכיטקטורה מאפשרת. כל האוסילוסקופים המודרניים משתמשים ברקע אפור כדי להציג את הנתונים שלהם. אזורים בהירים יותר במסך אמורים לייצג אזורים שבהם אות הקלט הופיע באופן סטטיסטי זמן רב יותר. מצב זה נקרא “דירוג עוצמה”. אות הקלט אינו אוסף של דגימות נפרדות – זוהי צורת גל מתמשכת. נקודות נחשבו להתפשרות הכרחית של האוסילוסקופ הדיגיטלי של אתמול. אך היום, אין צורך שדגימות A/D באוסילוסקופ יופיעו כנקודות: יש לצייר אותן כקווים מחוברים, או וקטורים. האוסילוסקופים החדשים של Agilent מסדרת InfiniiVision X-Series הם דוגמה לאוסילוסקופ שתוכנן כמעבד וקטורים. הנתונים מעובדים ומוצגים כמקטעי קווים, לא כנקודות בודדות. וקטורים אלה (המחברים דגימות קלט במרווחים שווים) הם בעלי אורכים שונים. מבחינה סטטיסטית, הווקטורים הארוכים יותר – אלה עם קצבי השינוי מרבי הגבוהים ביותר – מציינים היכן אות הקלט לא נמשך זמן רב, ולכן הוא יופיע על התצוגה באופן מעומעם לעומת הווקטורים הקצרים יותר. כתוצאה מכך, לכל מקטע קו יש בהירות כמו גם אורך ומיקום. אוסילוסקופים אלה משרטטים יותר ממיליון צורות גל בשנייה, ויותר משני מיליארד וקטורים בשנייה.

מדוע קצב העדכון הזה חשוב למשימות היומיומיות שלך בשימוש באוסילוסקופ?
אם אתה בודק במקרה אות, ובאות הזה הייתה תקלה, תרצה לראות את התקלה הזאת. אך הסבירות גבוהה יותר שאתה מביט בעקבות המסוימים האלה בלוח ה-PCB כדי לבצע מדידה כלשהי בהם. ייתכן שאתה מעוניין ברמות voltage גבוהות ונמוכות, ורוצה לברר מהו זמן העלייה, או כמה מרווח תזמון יש לאות שלך. המדידות והסמנים האוטומטיים מצוינים לבדיקות אלה. אך הסיפור לא מסתיים כאן. באופן בלתי מדיד, כשאתה מביט באות ובוחן את נאמנות האות – עד כמה “טוב” האות שאתה מודד? האם הוא מרעיש? האם הוא יציב? האם הוא גבוה לעתים קרובות יותר או נמוך? עד כמה לעיתים קרובות? האם אתה מזהה את דפוס ההפרעה ברעש הבסיסי? תוך רגע אתה מבצע את הניתוח בראשך, במקום להמשיך לאות הבא. במצב הזה לקצב העדכון – העברת המידע מקצה החיישן לתצוגה בראשך – יש חשיבות קריטית. אם האוסילוסקופ מעבד מידע זה בצורה גרועה – עקב קצב עדכון איטי של צורת הגל – הוא לא קולט את הקלט שלך במשך פרק זמן ארוך שבו אתה מאתר באגים. בנוסף למה שאוסילוסקופ עם קצב עדכון איטי יחמיץ בזמן ההשבתה שלו, תצוגה מהירה מעניקה “תחושה” חלקה באמת לאוסילוסקופ. כשעקבות מוזזים בתצוגה ועליך לשנות את בסיס הזמן או לבצע שינויים נוספים באוסילוסקופ, לא תצטרך לחכות עד שהאוסילוסקופ יגיב. אוסילוסקופים מסוימים עם קצב עדכון איטי מגיבים לאחר מספר שניות. בזמן הזה, אינך בטוח אם המכשיר ננעל או אם הוא עדיין לוכד נתונים.

היזהר מהמצב המיוחד
ייתכן שברצונך לסנן, או אולי להדגיש, היבטים מסוימים של אות הקלט. אתה מספק רמז זה לאוסילוסקופ באמצעות המצב שבו אתה מגדיר אותו. אם אתה באמת רוצה שהאירועים הנדירים יהיו בהירים יותר (ואינך רוצה להחמיץ אף אחד מהם, אם האוסילוסקופ צריך לקצץ נתונים), כנראה תעדיף להפעיל את המצב “איתור שיאים”. אם לא ממש אכפת לך לגבי רעשים בתדירות גבוהה באות, ואתה מעדיף לראות את המגמתיות שלו, סביר להניח שתפעיל מצב כלשהו של יצירת ממוצע (שנקרא לעיתים מצב “רזולוציה גבוהה”).
בנוסף לכך, ייתכן שתרצה להשתמש בתכונות הניתוח המתקדמות של האוסילוסקופ (מדידות אוטומטיות, בדיקת כיסוי וכדומה) כדי שתוכל להעריך את איכות האות. אולי הפעלת את ערוצי MSO (לוגיקה), לקבלת הקשר נוסף לגבי המתרחש, או כדי לעזור לך להפעיל טריגרים בדיוק היכן שאתה רוצה.
האם הפעלת “מאפייני בונוס” אלה מקטינה את קצב העדכון של האוסילוסקופ?
במילים אחרות, כמה מהעברת המידע אתה מאבד כשאתה מנסה בפועל להשתמש באוסילוסקופ לעומת כאשר הוא מוגדר במפרט שמסומן בכוכבית בגיליון הנתונים.
סימן ההיכר של “כלי הדמיית אותות” שימושי באמת הוא שהכלי ממשיך לפעול היטב תמורת המחיר ששילמת עבורו, ללא קשר לאופן שבו אתה מגדיר אותו. זוהי נקודה חשובה שיש להדגיש אותה שוב ושוב. תכונה כלשהי לא תהיה שימושית אם אינך רוצה (או לא יכול) להשתמש בה בעת הצפייה באותות הקלט. האם אתה משבית את הזיכרון העמוק של האוסילוסקופ כיוון שהוא מגביל את קצב התצוגה? האם הפעלת מדידה מכבה את יכולת התצוגה המהירה? האם קיזוזי ביצועים נפוצים, נראים או מפריעים?
לאחר שתהיה בטוח שהאוסילוסקופ לא יאכזב אותך כשתצטרך אותו בבדיקת באגים, תצא לדרך של ידידות ארוכה ונמשכת עם המכשיר. חשוב להעריך אוסילוסקופ לפני הרכישה. בחירת מכשיר עם קצב העדכון הגבוה ביותר יכולה לחסוך לך שבועות של זמן המבוזבז על איתור באגים כיוון שתראה יותר מהאות במשך זמן רב יותר.