Цифрові осцилографи ROHDE & SCHWARZ для оснащення учбових лабораторій

23.06.2024 |

Цифрові осцилографи початкового рівня серії RTB2000, призначені для оснащення на­вчальних лабораторій, мають широкий набір функціональних можливостей та дозволяють ви­користовувати їх як індивідуально, так і колектив­но, при підключенні до локальної мережі.

Вони дають можливість не тільки здійснювати контроль аналогових сигналів по 4 каналах, але і містять вбудований 16-канальний логічний аналі­затор, генератор сигналів різної форми і мульти­метр. Це дозволяє на базі одного приладу мати універсальний вимірювальний комплекс, що дозволяє проводити аналіз аналогових та циф­рових сигналів, вимірювати їх параметри, здій­снювати швидке перетворення Фур’є досліджу­ваних сигналів, проводити аналіз сигналів різних послідовних інтерфейсів та багато іншого.

Дружній інтерфейс та вбудована система на­вчання дозволяють за короткий термін освоїти роботу з приладом та ознайомитися з його функ­ціональними можливостями. Високі технічні ха­рактеристики дозволяють використовувати його у професійних цілях.

В. Макаренко

Компанія Rohde&Schwarz випускає осцилографи початкового рівня серії RTB2000 [1]. Що ж мається на увазі під “осцилограф початкового рівня”. Це уні­версальний 4-канальний цифровий осцилограф, який, крім функцій, властивих аналогічним прила­дам, містить цифровий мультиметр, генератор сиг­налів різної форми та тестових послідовностей, ло­гічний аналізатор та аналізатор протоколів послі­довних шин. Осцилограф дозволяє здійснювати швидке перетворення Фур’є, тестування по масці та тривале захоплення даних. Тобто в одному пристрої фактично міститься ціла вимірювальна лабораторія для дослідження як аналогових так і цифрових сиг­налів у широкій смузі частот.

Основне призначення такого пристрою, на думку компанії, оснащення навчальних лабораторій. Хоча його параметри не поступаються багатьом продук­там для професійного використання і навіть пере­вершують їх, а по функціональності та зручності ви­користання аналогів цьому осцилографу немає.

Великий сенсорний дисплей 10.1 дюйма з 10 точками торкання дозволяє здійснювати управління всіма режимами роботи не торкаючись кнопок управління, аналогічно керуванню смартфонами і планшетами [2]. Наявність порту USB дозволяє під­ключати зовнішній Flash-накопичувач та інші при­строї. Наявність порту Ethernet дає можливість вико­ристовувати осцилограф як мережевий пристрій: здійснювати керування приладом через мережу, пе­редавати результати вимірювань і виводити отри­мані на екрані результати на відеопроектор.

Випускається 2 модифікації осцилографів:

  • двоканальний RTB2002
  • чотирьохканальний

Додатково встановлювані модулі дозволяють розширити функціональні можливості та частотний діапазон осцилографів (табл. 1).

Таблиця 1. Модифікації осцилографів RTB2000

Модель Смуга пропускання, МГц Кількість каналів Частота дискретизації, ГГц Максимальний обсяг пам’яті, мільйонів відліків на канал По замовленню модуль MSO, кількість цифрових каналів
R&S®RTB2002 70 2 2.5 20 16
R&S®RTB2004 70 4 2.5 20 16
R&S®RT82002 + RTB-8221 100 2 2.5 20 16
R&S®RT82004 + RTB-8221 100 4 2.5 20 16
R&S®RTB2002 + RTB-8222 200 2 2.5 20 16
R&S®RTB2004 + RTB-8222 200 4 2.5 20 16
R&S®RTB2002 + RTB-8223 300 2 2.5 20 16
R&S®RTB2004 + RTB-8223 300 4 2.5 20 16

 

Зовнішній вигляд чотирьохканального осцило­графа RTB2004 наведено на рис. 1.

Рис. 1. Зовнішній вигляд чотирьохканального осцилографа RTB2004

 

На передній панелі розташовані органи управ­ління режимами роботи, входи (праворуч наліво) підключення аналогових сигналів (Ch1…Ch4), вхід для підключення джерел зовнішньої синхронізації (Ext. Trigger In), 16 входів для підключення логічних сигналів (Logic Channels), виходи вбудованого гене­ратора тестових послідовностей для демонстрації можливості аналізу сигналів послідовних інтерфей­сів P1…P3 (Pattern Generator) та вихід генератора сигналу для налаштування пробників P0 (Probe Compensation). Лівіше виходів Pattern Generator розташований роз’єм USB, вихід вбудованого в ос­цилограф генератора сигналів різної форми (Oux Out) та кнопка включення живлення.

На задній панелі розташовані: роз’єм для під­ключення шнура живлення та вимикач живлення, роз’єми USB та LAN (Ethernet).

Основні параметри осцилографа RTB2004:

  • 4 канали для дослідження аналогових сигналів
  • смуга пропускання 70, 100, 200 та 300 МГц для різних моделей
  • частота дискретизації 25 ГГц/канал, 2.5 ГГц у режимі чергування
  • 10-розрядний АЦП
  • обсяг пам’яті для зберігання результатів вимі­рювань10 мільйонів відліків на канал та 20 мільйонів у режимі чергування 2-х каналів
  • частота оновлення 50 000 осцилограм/с
  • максимальна чутливість каналу вертикального відхилення 1 мВ
  • 1″ ємнісний сенсорний екран, 1280Ч800 пік­селів
  • підтримка жестів для масштабування та деталі­зації сигналів
  • 16-канальний логічний аналізатор, частота дискретизації 25 ГГц
  • можливість синхронізації зовнішніми сигнала­ми
  • аналіз сигналів у шинах I2C, SPI, UART/RS- 232/RS-422/RS-485, CAN, LIN
  • 4-розрядний генератор тестових послідовно­стей
  • генератор сигналів: синус, прямокутні імпуль­си, меандр, трикутний, пилкоподібний, SinC, експо­ненціальний, сигнал довільної форми
  • реєстрація сигналів у наступних режимах робо­ти:вибірка, огинаюча, пікове значення, висока роз­дільна здатність, усереднення результатів вимірю­вання, огинаюча + пікове значення
  • збереження та поповнення бази даних форми сигналу довільної форми можливість налаштування інтерфейсу користу­вача
  • розширений набір режимів синхронізації
  • виконання основних математичних операцій над сигналами (+, -, *, /), спектральний аналіз до­сліджуваних сигналів (ШПФ, 128 тис. точок)
  • робота у локальній мережі
  • документування у вигляді знімків екрана або налаштувань приладу, які зберігаються на зовнішній Flash-накопичувач
  • автоматичний вибір налаштувань по вертикалі, горизонталі та синхронізації для оптимального пе­регляду активних сигналів.

Для зручності роботи з кількома каналами орга­ни управління виконані з кольоровим маркуванням, яке дозволяє швидко ідентифікувати режим роботи та вибраний канал (рис. 2). Перший канал відобра­жається жовтим кольором підсвічування, другий – зеленим, третій – червоним, а четвертий – фіолето­вим. Оскільки органи регулювання зміщення та чут­ливості є спільними для всіх каналів, то при натис­канні на кнопку активації одного з каналів ці органи підсвічуються відповідним кольором. Це дозволяє моментально оцінити налаштування якого каналу включені в цей момент.

Рис. 2. Вигляд осцилографа RTB2004 в робочому режимі

 

Призначення органів управління аналогічне до органів управління будь-яких цифрових осцилогра­фів і докладно описано в [2, 3]. Відзначимо лише деякі з них (рис. 3).

Кнопка Meas призначена для виклику екранного меню. Екранне меню можна викликати або прибра­ти з екрана торканням екрана в правому нижньому кутку (блакитний ромб з буквами R і S всередині на рис. 2).

Кнопка Quick Meas – отримання результатів ви­мірювання каналу, сигналом якого здійснюється синхронізація осцилографа. Результат такого вимі­ру в першому каналі наведено на рис. 4. Знімок ек­рану на рис. 4 отримано натисканням кнопки Знімок екрану (рис. 3). Для документування результатів ви­мірювань в осцилографах передбачена можливість запису в пам’ять і на диск знімків екрану і осцило­грам (у форматі .png).

Кнопка Search включає екранне меню парамет­рів пошуку за подією (рис. 5). Інтуїтивно зрозуміло призначення кожного пункту меню, що дозволяє на­віть недосвідченому користувачеві правильно вста­новити параметри пошуку.

Зупинимося трохи докладніше на параметрах вбудованого генератора сигналів, меню якого ви­кликається натисканням кнопки Gen (рис. 3) або піс­ля виклику екранного меню натисканням на пікто­граму Gen (видна на рис. 4 і 5).

Рис. 5. Меню налаштувань пошуку за подією

 

Для сигналів різної форми діапазон частот вихідз ним.

Розглянемо коротко деякі функції осцилографа.

Цифровий вольтметр

Осцилограф R&S®RTB2000 оснащений трироз- рядним цифровим вольтметром та шестирозряд- ним частотоміром по кожному каналу для проведен­ня одночасних вимірювань. Вольтметр дозволяє ви­мірювати постійну напругу (рис. 9), змінну + постій­ну (СКЗ) та змінну (СКЗ).

 

 

Рис. 3. Панель управління осцилографом

Рис. 4. Результати отримані після натискання кнопки Quick Meas

 

Зупинимося трохи докладніше на параметрах вбудованого генератора сигналів, меню якого ви­кликається натисканням кнопки Gen (рис. 3) або піс­ля виклику екранного меню натисканням на пікто­граму Gen (видна на рис. 4 і 5).

Рис. 5. Меню налаштувань пошуку за подією

 

Для сигналів різної форми діапазон частот вихідних сигналів суттєво відрізняється. Нижче наведено значення максимальної частоти для сигналів різної форми (рис. 6):

  • синус – 25 МГц
  • SinC – 1 МГц
  • прямокутний (меандр) – 10 МГц
  • імпульс (з регульованою шпаруватістю) – 10 МГц
  • трикутний, пилкоподібний (полярність на ви­бір) та експоненційний – 1 МГц
  • сигнал довільної форми – 1 МГц.

Рис. 6. Меню вибору форми сигналу вбудованого генератора

У генераторі передбачено можливість форму­вання модульованих сигналів. Наприклад, для сину­соїдального сигналу можна задати амплітудну та ча­стотну модуляцію, амплітудну та частотну маніпуля­цію. З іншого боку, можна сформувати ЛЧМ-сигнал чи сигнал з логарифмічним законом зміни частоти. Користувачем задаються час розгортки, початкове і кінцеве значення частоти. Щоб отримати доступ до налаштувань виду модуляції, необхідно меню гене­ратора протягнути вгору по екрану (через велику кількість налаштувань параметрів сигналів, що гене­руються, повністю меню на екрані не поміщається).

Окрім стандартних типів модуляції можна вико­ристати математичні операції Приклад модульова­ного сигналу, отриманого за допомогою операції множення, наведено на рис. 7.

Рис. 7. Приклад модульованого сигналу, отриманого за допомогою операції множення

Аналогічні режими роботи та види модуляції до­ступні всіх форм сигналів.

Генератор дозволяє формувати сигнали довіль­ної форми та 4-бітові цифрові послідовності. Сигна­ли та цифрові послідовності можна імпортувати у вигляді файлів CSV або скопіювати з осцилограм приладу. Перед відтворенням сигналів можна здій­снювати попередній перегляд. Можна використову­вати попередньо задані цифрові послідовності, наприклад, для сигналів шин I2C, SPI, UART та CAN/LIN.

Панель інструментів на екрані осцилографа може налаштовуватись користувачем. Для її налаш­тування необхідно торкнутися значка Шестерня у центрі панелі і у вікні (рис. 8) вибрати 8 інструментів, які необхідні для роботи найчастіше. Поєднуючи ек­ранну панель інструментів та традиційні органи управління осцилографом можна дуже швидко от­римати доступ до будь-яких функцій та налаштувань осцилографа, що значно підвищує зручність роботи приклад, для сигналів шин I2C, SPI, UART та CAN/LIN.

Рис. 8. Меню налаштування панелі інструментів

 

Панель інструментів на екрані осцилографа може налаштовуватись користувачем. Для її налаш­тування необхідно торкнутися значка Шестерня у центрі панелі і у вікні (рис. 8) вибрати 8 інструментів, які необхідні для роботи найчастіше. Поєднуючи ек­ранну панель інструментів та традиційні органи управління осцилографом можна дуже швидко от­римати доступ до будь-яких функцій та налаштувань осцилографа, що значно підвищує зручність роботи з ним.

Розглянемо коротко деякі функції осцилографа.

Цифровий вольтметр

Осцилограф R&S®RTB2000 оснащений трироз- рядним цифровим вольтметром та шестирозряд- ним частотоміром по кожному каналу для проведен­ня одночасних вимірювань. Вольтметр дозволяє ви­мірювати постійну напругу (рис. 9), змінну + постій­ну (СКЗ) та змінну (СКЗ).

Рис. 9. Меню налаштувань вольтметра

 

Результати вимірювання відображаються у ві­конці (рис. 7 у верхньому лівому куті). Зліва відобра­жається режим вимірювань (на рис. 8 – Пост + пе­рем), а праворуч значення вимірюваної величини.

Аналіз спектру

Функція швидкого перетворення Фур’є (ШПФ) приладу R&S®RTB2000 активується натисканням однієї кнопки та введенням значень центральної ча­стоти та смуги огляду. За рахунок високої продук­тивності функції ШПФ в осцилографах R&S®RTB2000 можуть аналізуватися сигнали з кіль­кістю точок до 128 тис. До інших практичних інстру­ментів відносяться курсорні вимірювання функція автоматичного налаштування вимірювання в ча­стотній області.

Тестування за маскою

Випробування відповідність масці забезпечують швидке виявлення виходу досліджуваного сигналу за допустимі значення. При цих випробуваннях ви­користовується статистичний аналіз відповідності або невідповідності масці, який дозволяє отримати оцінку якості та стабільності випробуваного при­строю. При виході сигналу за межі маски вимір зупи­няється і генерується імпульс, який виводиться на вихідний роз’єм AUX-OUT осцилографа.

В результаті забезпечується швидке виявлення аномалій сигналу та несподіваних результатів. Кожне порушення може призводити до генерації імпуль­су, що виводиться на вихідний роз’єм AUX-OUT при­ладу R&S®RTB2000. Цей імпульс можна використо­вувати для запуску різних дій у вимірювальній уста­новці.

Архів та сегментована пам’ять

На додаткове замовлення осцилограф може бути доповнений модулем архіву R&SRRTB-K15, який збільшує обсяг пам’яті з 10 млн. відліків на ка­нал до 160 млн. відліків. Користувачі отримують можливість перегляду попередніх вибірок даних та їх аналізу за допомогою всіх інструментів осцило­графа, наприклад, функцій декодування протоколів і використання логічних каналів. У режимі ультрасег- ментації сигнали перед візуалізацією захоплюються як єдине ціле. Сигнали послідовних шин та імпульсні послідовності записуються практично без перери­вань.

Розширення функціональних можливостей під вимоги замовника

Осцилограф R&SRRTB2000 можна налаштувати під необхідні вимоги до модернізації шляхом вста­новлення програмних ліцензій. Ці можливості відно­сяться, наприклад, до синхронізації та декодування послідовних протоколів, до режиму архіву та сег- ментованої пам’яті. Генератор сигналів та тестових послідовностей, а також можливості роботи в змі­шаному режимі MSO 1) вже вбудовані в прилад та вимагають лише своєї активації. За допомогою ключового коду можна розширити смугу пропускан­ня пристрою до 300 МГц. Усе це значно полегшує проведення модернізації.

Багатомовна підтримка: вибір з 13 мов

Інтерфейс користувача RTB2000 та оперативно­доступна довідкова система підтримують тринад­цять мов (англійська, німецька, французька, іс­панська, італійська, португальська, чеська, пол­ьська, російська, спрощена та традиційна китай­ська, корейська та японська). Користувачі можуть змінити мову інтерфейсу під час роботи приладу, вся операція триватиме лише кілька секунд.

Захист даних

Функція безпечного стирання дозволяє захища­ти конфіденційні дані. При її використанні з пам’яті приладу видаляються всі дані користувача і налаш­тування, включаючи схеми налаштування приладу і осцилограми.

Можливості підключення зовнішніх при­строїв

Осцилограф RTB2000 може безпосередньо під­ключатися до ПК через вбудовані USB-порти. Користувач ПК отримує доступ до пам’яті осцилографа (рис. 10).

Рис. 10. Структура памяті осцилографа доступна користувачу ПК

 

Через USB-порт (хост) на Flash-накопичувач мо­жуть передаватися знімки екрана або налаштування приладу. Реалізація протоколу передачі медіаданих (MTP) забезпечує просту інтеграцію. Через порт USB (пристрій) та мережний інтерфейс LAN також можливе дистанційне керування приладом.

Вбудована функція веб-сервера дозволяє кори­стувачам керувати осцилографом та відображати вміст екрана для аудиторії. У прилад входять інтер­фейси даних та програмні інтерфейси, наприклад для простої інтеграції в середу MATLAB.

Пробники для точних вимірів

Для проведення вимірювань прилад комплекту­ється пасивними пробниками напруги. Додатково можуть бути замовлені несиметричні високовольтні пробники, диференціальні та струмові пробники.

Зазначимо ще деякі цікаві особливості приладу. До них можна віднести інструкцію та режим Демо (рис. 7).

Анотація

При дотику до піктограми анотація на екран ви­водиться меню (рис. 11) в якому можна вибрати: олівець, одного з п’яти кольорів, текст (літера Т), гумка і щітка.

Рис. 11. Меню режиму анотація

 

Олівцем можна нанести вручну написи або знач­ки в будь-якому місці екрану, де розташовується сигналограма. При виборі Т на екран виводиться віртуальна клавіатура за допомогою якої можна вве­сти текст, що пояснює.

Гумка дозволяє видаляти окремі фрагменти ано­тації, а щітка видаляє анотацію повністю.

У режимі Демо покроково можна переглянути результати роботи осцилографа у різних режимах. Меню режиму Демо розбито на 4 підменю: основні функції, додаткові функції, користувацькі (введені користувачем) та USB (завантажені через інтерфейс USB). За замовчуванням останні два підменю по­рожні та наповнюються в процесі роботи користува­чем. Приклад інформації що виводиться на екран в режимі Демо наведено на рис. 12.

Рис. 12. Приклад інформації що виводиться на екран в режимі Демо

 

Основні параметри осцилографів серії RTB2000 наведені у табл. 2.

Таблиця 2. Основні параметри осцилографів серії RTB2000

Більш детальну інформацію про параметри, ре­жими роботи та налаштування осцилографа можна знайти в [2, 3] та на сайті компанії Rohde&Schwarz https://scdn.rohde-schwarz.com.

ЛІТЕРАТУРА

  1. https://www.rohde- schwarz.com/products/test-and-measurement/oscil- loscopes/rs-rtb2000-oscilloscope_63493- 266306.html
  2. https://scdn .rohde- schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/pdm/cl_manu- als/getting_started/1333_1605_01/RTB_GettingStart- ed_en_09.pdf
  3. https://scdn . rohde- schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/pdm/cl_manu- als/user_manual/1333_1611_01/RTB_UserManual_en _12.pdf