Thomas Rottac, Rigol
ישנם פרמטרים רבים של סקופים שיש להתחשב בהם, אך איזה מהם הם החשובים ביותר?
ככל שהסביבה הטכנית שלנו נהיית יותר מורכבת, כך ציוד המדידה שלנו חייב להיות מתקדם יותר. האוסילוסקופ היא דוגמה טובה: במהלך השנים האחרונות, שיפור ענק בביצועים, ביחד עם שורת חידושים, גרמו לכך שבחירת הסקופ הנכון הפכה כיום לתהליך קשה.
כאשר מגדירים אוסילוסקופ, יש להביא בחשבון פרמטרים רבים, אך איזה הוא החשוב ביותר? התשובה היא רוחב-פס; ללא רוחב-הפס הנכון, האות הנבחן לא יוצג בצורה נכונה.
גם כאשר נבחר רוחב-פס מתאים, יש להתחשב בקצב הדגימה. אם קצב הדגימה A/D איננו לפחות פי 2.5 מרוחב-הפס, פרטים ייאבדו או ייווצר aliasing (מדרוג עקומות).
ומה בקשר לזיכרון הנתונים? גם אם בוחרים נכון את רוחב-הפס ואת קצבי הדגימה, הנתונים ייאבדו ללא זיכרון מספיק מאחר ויהיה צורך להגדיל את כוונון הזמן/חלוקה. הסכום היא אפוא שלושה פרמטרים חשובים. אך מה בקשר לקצב עדכון צורת-הגל? גם אם שלושת הפרמטרים שצוינו לעיל מוגדרים נכון, לא תהיה אפשרות לגלות חריגות אלא אם לסקופ יש קצב עדכון נתונים מהיר.
תהליך זה נמשך עוד ועוד; רק חשבו על תפקידי התיחול המתקדם, רזולוציית A/D או אף סוג או גודל המסך.
מדוע עלינו לחשוב על פרמטר קצב עדכון צורת-הגל? הסיבה טמונה בטכנולוגיית האוסילוסקופ הדיגיטלי. באוסילוסקופים אנלוגיים דבר זה לא היה לרוב ידוע, מאחר שאות המבוא שימש להטיית אלומת האלקטרונים בצורה אנכית. הזמן לשם מיתוג האלומה מימין לשמאל היה קצר דיו כדי להתעלם ממנו. בעידן הסקופים הדיגיטליים, אין אלומת אלקטרונים – יש לעבד ולהכין לתצוגה את כל הנתונים הדיגיטליים. כאשר מטפלים בנתונים, לא ניתן לרכוש נתונים “חדשים” – דבר זה מכונה “זמן מת”. סכום זמן ההמרה A/D והזמן המת מהווה זמן הרכישה המלא.
העקומה שאנחנו רואים במסך היא חלק קטן ממחזור רכישה אחד. כך שככל שיש יותר מחזורי רכישה בשנייה, הזמן המת יהיה יותר קצר והיחס בין זמן ההמרה A/D והזמן המת יהיה יותר גבוה. דבר זה מאפשר לגלות חריגות מהר יותר, מגדיל את האמון בתוצאות המדידה וחוסך כסף מאחר שמהנדס הבדיקות יכול להשקיע פחות זמן במציאת השגיאות.
קיצור הזמן המת – המכונה גם זמן עיוור – ניתן לעשות רק באמצעות השימוש ב-cpus בעלי ביצועים גבוהים יותר או/ושילוב פונקציות בתוך החומרה (fpga/asic).
כדי לענות לצרכים אלה, Rigol פיתחה טכנולוגיות UltraVision (ראה איור 1), המבוססות על ההשפעה ההדדית בין החומרה המתמחה והתוכנה החכמה. נתוני ה-A/D המומרים מטופלים על-ידי בקר דגימות מבוסס חומרה. זיכרון גדול מחובר ישירות לבקר כך שהנתונים מאוכסנים מבלי להעמיס את ה-cpu. בדומה, צורת הגל שיש להציג מופקת על-ידי תוויין (plotter) צורות-גל, שוב מבלי להעמיס את ה-cpu.
קיימת עוד נקודה נוספת אחת: התצוגה הופכת לחשובה יותר מאחר שצורות-גל רבות מכוסות ומוצגות ב”ירייה” אחת. דבר זה אומר שיש להתאים את טכנולוגיית המסך כך שתסייע למשתמשים לנתח אותות. דרגות עוצמה מרובות-רמה או תצוגות מרובות-צבעים מקובלות, כך שעוצמות או צבעים שונים נותנים מושג על תדירות הופעת האי-סדרים. מסכים בסקופים של Rigol אלה בעלי טכנולוגיית UltraVision כוללים 256 דרגות עוצמה.
התייחס לאות שעון כבדיקה טיפוסית המבוצעת בעזרת אוסילוסקופ. האות מכיל תקלה בלתי רצויה – runt או דורבן (spike) – המופיעה מידי פעם. המטרה היא למצוא ולנתח את ההתנהגות הבלתי-רצויה – כמה תדיר הדרבן מופיע, מהו מתח השיא ומהו רוחב הפולס? ישנן מספר דרכים לעשות זאת. הפשוטה ביותר, אך הצורכת יותר זמן, היא לרכוש נתונים במשך זמן ארוך ולאחר מכן להתרכז על האות ולגלגל ידנית דרך כל הרצף ולחפש את הנתק. האתגר כאן הוא שאם השגיאה היא רק שיא קצר, קצב הדגימה חייב להיות די גבוה כדי לתפוס את הדרבן. אך אם אתה עובד בקצב דגימה גבוה, אתה זקוק לזיכרון גדול כדי לצבור מספיק נתונים.
דרך אחרת היא להשתמש בפונקציית ההקלטה המובנית בתוך הסקופים של Rigol; דבר זה חוסך זמן בכך שהיא מנהלת את חיפוש השגיאות בצורה אוטומטית. בעוד דבר זה אוסף נתונים במשך זמן ארוך, מבצעים פגיעות יחידות מרובות בבסיסי זמן קצרים יותר ובכך שומרים נתונים רבים. המשתמש יכול להגדיר מסכה “טובה” ולבצע בדיקת עובר/נכשל על הנתונים המוקלטים. כל ה”כשלים” מודגשים וניתנים לגישה וניתוח בקלות. עם שימוש ב”בולי” זמן ומבט כוללני, אפשר לראות באיזו תדירות מופיעות השגיאות.
הגישה השלישית, והמתקדמת ביותר, היא לשלב את פונקציית ההקלטה ופונקציות תיחול זמינות. ניתן לעצב את האוסילוסקופ כך שרק השגיאה מוקלטת. בהתאם לתדר השגיאה וכיווני בסיס הזמן, אפשר לנטר את האות ולהקליט אותו במשך שעות. החיסרון הוא שהמידע הנקלט בין השגיאות ילך לאיבוד.
אותות בעלי עניין נרכשים בקצב דגימה מרבי והזיכרון הזמין איננו מבוזבז על-ידי שמירת אותות ללא פגמים. ניתן לבצע ניתוח-המשך ישירות על הסקופ. ניתן להוסיף מדידה אוטומטית עם עבר המדידות והציג אותה במוד השמעת ההקלטה או ניתן להוריד את הנתונים למחשב אישי.
Ultra Vision Technology יכולה לספק אף יותר. ככלל, לכל הסקופים הכוללים טכנולוגיה זו יש זיכרון נתונים עמוק. אך מדוע הדבר חשוב?
אם אתה צריך לקלוט אותות מהירים או הפרעות, המוקד העיקרי צריך להיות על קצב דגימות מהיר ורוחב-פס גבוה (המפתח כאן הוא זמן העלייה). אבל אם יש לנטר את האות במשך תקופה יותר ארוכה ויש שיאים או נשירות נוספים שיש לנתח, נחוץ זיכרון עמוק. הקשר המתמטי בין קצב הדגימה, בסיס הזמן והזיכרון מבהיר זאת יותר:
קצב הדגימה x (זמן/חלוקה) x מספר החלוקות = זיכרון הנתונים.
אם נסדר זאת אחרת:
(זמן/חלוקה) x מספר החלוקות = (זיכרון הנתונים/ קצב הדגימה)
הזיכרון המרבי וקצב הדגימה נקבעים על-ידי מבנה החומרה, בעוד הזמן המוצג הכולל מוגדר על-ידי היישום. כדי להשיג את תקופת הזמן הדרושה, יש להפחית את קצב הדגימה. קצב דגימה נמוך יותר פירושו פחות רזולוציה ופרטי אותות קטנים העשויים לא להיקלט.
גרף 2 מראה את הקשר בין הפרמטרים המוזכרים. מה אומר לנו גרף זה? בקיצור, ככל שהזיכרון גדול יותר, תוכל לשמור יותר זמן על קצב הדגימה המרבי. כאשר דרושים זמני רכישה ארוכים יותר, רצוי להחזיק את קצב הדגימה גבוה מאחר שניתן להגדיל את צורת-הגל הנלכדת מבלי לאבד פרטים.
סיכום
במאמר הנ”ל דיברנו רק על חלק
מהמפרטים המובילים והשפעתם על
איכות המדידה. בינתיים ניתן להבחין ביותר ויותר תכונות נוספות ואופציות בעולם האוסילוסקופים. אוסילוסקופים של אות מעורב, לשם דוגמה אחת, משלבים ערוצי אותות לוגיים עם ערוצי סקופ “רגילים”, כדי שניתן יהיה לנתח ולבדוק התקנים המשלבים אותות דיגיטליים ואנלוגיים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת WiseTech נציגתה של Rigol בארץ.
