Цифровой фосфорный осциллограф серии 4456 с аппаратной реализацией технологии цифрового люминофора DPO существенно выделяются своими возможностями глубокого анализа сигналов и имеет шесть моделей, полосу пропускания 350 МГц-1 ГГц, частоту дискретизации 5 GSa/s, глубину памяти до 500 Mpts/CH, скорость захвата кривой до 1,000,000 wfms/s. Изначально разработанная методика получения фосфорной фазы обеспечивает совершенно новый опыт использования осциллографов. Цифровой фосфорный осциллограф серии 4456 включает стандартный тип 4456C/D/E и экономичный тип 4456CM/DM/EM. Осциллограф и цифровой вольтметр являются стандартными, а логический анализатор, генератор функций и анализатор протоколов являются дополнительными (список опций и их описание приведены ниже), шесть моделей:

Модификация	Описание
4456С	Цифровой осциллограф, 4 канала, 350 МГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 2,5 ГВыб/с (4 канала)
4456D	Цифровой осциллограф, 4 канала, 500 МГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 2,5 ГВыб/с (4 канала)
4456E	Цифровой осциллограф, 4 канала, 1 ГГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 2,5 ГВыб/с (4 канала)
4456СМ	Цифровой осциллограф, 4 канала, 350 МГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 1,25 ГВыб/с (4 канала)
4456DM	Цифровой осциллограф, 4 канала, 500 МГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 1,25 ГВыб/с (4 канала)
4456ЕМ	Цифровой осциллограф, 4 канала, 1 ГГц, 5 ГВыб/с (1 канал), 1,25 ГВыб/с (4 канала)

Цифровой люминофорный осциллограф серии 4456 объединяет функции цифрового осциллографа, логического анализатора, генератора функций, анализатора протоколов и цифрового вольтметра, а также имеет множество дополнительных функций,  включая автоматические настройку на сигнал, автоматическое измерение параметров сигнала, измерение на курсоре, измерение гистограмм, арифметические операции, анализ БПФ, запуск и анализ последовательного протокола, проверка предельных значений и масок, измерение и анализ мощности, запись и воспроизведение сигналов, анализ смешанных сигналов, генератор произвольных функций и т. д.


Основные функции

• Прибор "пять в одном"  
  Этот прибор объединяет осциллограф, логический анализатор, генератор функций, анализатор протоколов и цифровой вольтметр, что позволяет легко решать любые задачи.
• Технология AnyAcquirePhosphor.  Уникальная технология получения фосфорных сигналов позволяет повысить частоту дискретизации, ускорить захват кривых, более яркий дисплей, увеличить глубину памяти, повысить точность цифрового запуска и более комплексный анализ. Широкие возможности датчиков. 
• Он поддерживает пассивный щуп напряжения, высоковольтный одноконечный щуп, высоковольтный дифференциальный щуп, токоизмерительный щуп, логический щуп и активный щуп для удовлетворения требований к тестированию датчиков в различных случаях.
  
• Дисплей Coor и емкостный сенсорный  экран
• 10.4-дюймовый цветной квадратный ЖК-экран с разрешением до 1,024×768. Емкостный сенсорный экран поддерживает управление одним касанием и мультисенсорным экраном, что позволяет быстро выполнять управление кривыми и меню.
• Размер, малый вес,  portabiity
• Портативная конструкция, стандартная рама 6U, широкие внешние интерфейсы, максимальный вес 6 кг.

Функции и особенности

• Пять в одном
• Технология AnyAcquirePhosphor
• Множество дополнительных измерений
• 10,1-дюймовый экран
• Компактный, легкий, портативный

Технические характеристики
 модель

индекс		Стандартная модель			Экономической модели
		4456C	4456D	4456E	4456 СМ	4456DM	4456EM
Вертикальная система	Каналы	4
	Пропускная способность Примечание:>5 мВ/деление	350 МГц	500 МГц	1 ГГц	350 МГц	500 МГц	1 ГГц
	Время нарастания	<1 нс	<700 имп./с.	<450 с.	<1 нс	<700 имп./с.	<450 с.
	Ограничения полосы пропускания	20 МГц, 250 МГц
	Входное сопротивление	1MΩ±1%,50Ω±1%
	Входная муфта	ПОСТ. ТОК, ПЕРЕМ. ТОК
	Диапазон входной чувствительности	1MΩ:1мВ/дел.~10В/дел
		50Ω:1мВ/дел.~1В/дел
	Погрешность амплитуды	±3% (Примечание: > 5 мВ на деление)
	Макс. Входное напряжение	1MΩ:300В ср. кв.,50Ω:5В ср. кв.
	Разрешение по вертикали	8 бит
	Диапазон смещения	±1 в (1 мВ/деление~100 мВ/деление)
		±10 в (200 мВ/деление~1 в/деление)
		±100 в (2 в/деление~10 в/деление)
	Изоляция каналов	≥40 дБ
	Частота дискретизации	5 Гбит/с (1-кан., 2-кан.), 2,5 Гбит/с (3-кан.,  4-кан.)			5 Гбит/с (1-кан.), 2,5 Гбит/с (2-кан.), 1,25 Гбит/с (3-кан.,  4-кан.)
	Запишите длину	500 млн баллов/канал			200 млн пт/кан

 

Горизонтальная система	Режимы получения изображений	Normal:Acquire Sampled values (Норма
		Обнаружение пиков:захват бликов с максимально узкой мощностью 200 л. с.	Обнаружение пиков: Получение бликов с минимальной детекции — 800 имп./с.
		Высокое разрешение: Разрешение 11 цифр, позволяет снизить уровень случайных шумов
		Конверт: Конверт мин.-макс, отражающий данные обнаружения пика в нескольких исследованиях
		Среднее: От 2 до 512 кривых, включенных в среднее значение
		Прокрутка: Прокрутка кривых вправо и влево по экрану, временная развертка: 100 мс/деление~1000 с/деление
		Сегментация: Экономичная память сбора данных может быть разделена на 131,072 сегментов
	Макс. Длительность при максимальном частота дискретизации	100 мс	40 мс
	Максимальная скорость захвата кривой	Быстрая модель:1,000,000 wfms/s
		Модель сегмента:700,000 wfms/s
	Диапазон базовой временной шкалы	200 л. с./дел.~1000 с/дел	400 л. с./дел.~1000 с/дел
	Точность по времени	±5 стр./мин
	Временной интервал задержки базовой временной задержки	-10 делений до 5000 с.
	CH для  выбора  диапазона выравнивания	±150 нс, разрешение: 400 л. с.	±150,4 нс, разрешение: 800 имп./с.
	Источник триггера	АНАЛОГОВЫЙ (CH1~CH4), ВНЕШНИЙ, ЦИФРОВОЙ (D0–D15), 220 В ПЕРЕМ. ТОКА
	Режимы запуска	Авто, обычный, одиночный
	Диапазон удержания триггера	от 6,4 нс до 12,8 с.
	Диапазоны уровней триггера	Int(CH1~CH4): ±4  деления
		EXT:±0,4 в, снаружи/10:±4 В.

   

Система запуска	Чувствительность триггера	Int(CH1~CH4):пользователи  могут  настраивать, шаг  за  0.1  делений
		EXT:50мВ,Ext /10:500мВ
	Типы триггеров	Триггер зоны (визуальный триггер): Триггер для заданной пользователем зоны, нарисованной на дисплее
		Кромка:триггер на положительной или отрицательной кромке любого канала или вспомогательного входа .
		Последовательность:Подготовка к выбранной кромке, запуск в выбранное время или другой выбранный край события .
		Runt:trigger на импульсе, который пересекает один порог, но не пересекает второй порог перед тем, как снова пересечь первый.
		Ширина импульса:триггер по ширине положительных или отрицательных импульсов, которые составляют >, <, =, ≠ или внутри/за пределами указанного периода времени. Ширина импульса: От 0,8 НС до 10 с, разрешение: 0,8 НС.
		Логика:триггер, когда любой логический шаблон каналов становится ложным или остается верным в течение указанного периода времени. Любой вход может использоваться в качестве часов для поиска шаблона на границе часов. Шаблон (И, ИЛИ, NAND, NOR) указан для всех входных каналов Определяется как высокий, низкий или не очень заботиться.
		Настройка и удержание:запуск при нарушении времени настройки и времени удержания между часами и данными, присутствующими на любом из входных каналов .
		Время нарастания/падения: Триггер по частоте импульсов, которая быстрее или медленнее, чем указано.
		Видео:запуск развертки на всех линиях, нечетных, четных или всех полях видеосигналов NTSC, PAL и SECAM .
		HD-видео (опция  S03): Триггер  для  480p/60,576p/50,720p/50,720p/60,1080i/50,1080i/60,1080p/24,1080p/25,1080p/30.
	Автоматическое измерение	30, из которых до восьми может одновременно отображаться на экране. Измерения включают: Период, частоту, задержку, верхнее падение, время нарастания, Время спада, положительный рабочий цикл, отрицательный рабочий цикл, ширина положительного импульса, ширина отрицательного импульса, ширина импульса, фаза, положительное превышение, отрицательное превышение, от пика к пику, амплитуда, высокая, низкая, макс, мин., Среднее, среднее значение цикла, среднеквадратичное значение, среднеквадратичное значение цикла, положительное значение импульсов, отрицательное число импульсов, число восходящих кромок, число падающих кромок, площадь и площадь цикла.
	Курсоры	Форма сигнала и экран

   

Система измерения и анализа	Статистика измерений	Среднее, минимальное, максимальное, стандартное отклонение
	Эталона	Задаваемый пользователем уровень эталона для автоматических измерений может быть задан в процентах или единицах измерения.
	Синхронизация	Изолируйте конкретное событие в рамках сбора данных для выполнения измерений с помощью экрана или курсоров кривых.
	Измерения гистограммы формы сигнала	Гистограмма кривых содержит массив значений данных, представляющих общее количество попаданий внутри заданной пользователем области дисплея.
		Источник: CH1~CH4, REF1~REF4, математика.
		Тип: Вертикальный, горизонтальный.
		Типы измерений:12, из которых до восьми может отображаться на экране одновременно. Количество кривых, количество ударов в поле, количество пиков, медиана, макс., мин., от пика до пика, среднее, стандартное отклонение, сигма 1, сигма 2, сигма 3.
	Математика форм сигнала	Арифметика:добавление, вычитание, умножение и разделение кривых.
		Математические функции:интеграция, дифференциация, FFT
		FFT: Установите вертикальную шкалу FFT на Linear RMS (Линейная среднеквадратичная) или DBV RMS (среднеквадратичная), а окно FFT — на прямоугольную, Hamming (хэннинг), hanning (гиннинг) или blackman-harris (
		Расширенная математика:определение расширенных алгебраических выражений, включая кривые, эталонные кривые, математические функции, скалярные вычисления, до двух настраиваемых пользователем переменных и результатов параметрических измерений.
	Тест ограничения и маски (вариант S01)	Включает стандартные маски: ITU-T, ANSI T1.102, USB
		Источник масочного теста: CH1~CH4
		Предел источника теста: CH1~CH4,REF1~REF4
		Создание маски: Ограничение вертикального допуска теста от 0 до 1 деления; ограничение горизонтального допуска теста от 0 до 500 м деления. Загрузите стандартную маску и пользовательскую маску из текстового файла.
		Масштабирование маски: Блокировка источника включена, блокировка источника отключена.

   

		Критерии проверки выполняются, если: Минимальное количество кривых (от 1 до 1,000,000 и бесконечность). Кратчайшее время (1 с-48 ч; бесконечность)
		Порог Violatetion:1~1000000.
		Действия при сбое теста:остановка получения изображений, сохранение изображения экрана в файл, сохранение кривой в файл, запуск импульса.
		Действия при проверке завершены:импульс запуска.
		Отображение результатов:состояние теста, общее количество кривых, количество нарушений, частота нарушений, общее количество тестов, неудачные тесты, частота сбоев теста, истекшее время, общее количество попаданий для каждого сегмента маски.
	Измерение и анализ мощности (Вариант S02)	Проверка качества электроэнергии: СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ,  коэффициент амплитуды напряжения, частота, IRMS,  коэффициент амплитуды, активная мощность, кажущаяся мощность, реактивная мощность, коэффициент мощности, фазовый угол
		Измерение потерь при переключении: Потери мощности и энергии, включая тонну, токовую мощность, проводимость, общие потери
		Гармоники: THD-F, THD-R, измерение среднеквадратичных значений, графическое отображение гармоник и табличное отображение
		Измерение пульсации: Пульсация и пульсация
		Анализ модуляции: Графическое отображение типов модуляции, включая +ширину импульса, -ширину импульса, период, частоту, +коэффициент заполнения и -коэффициент заполнения
		Зона безопасности: Графическое отображение измерений зон безопасности коммутационного оборудования и тестирования шаблонов
		Измерение DV/dt и DI/dt: Измерение маркера коэффициента преобразования
	Декодирование канала	1
	Формат отображения	Двоичный, шестнадцатеричный
	Типы отображения	Шина, цифровая, список событий с информацией о шкале времени.
	I2C (опция S04)	Триггер при запуске, повторяющийся запуск, остановка, отсутствует ACK, адрес, Данные, адрес и данные на шине I2C до 10 Мбит/с.
		Скорость сигнала:≤10 Мбит/с; Тип протокола: 7 Digita /10-значный адрес

 

Анализ протоколов Опция	RS232 (опция S05)	Триггер на старте передачи, старте бита приема, конце приема пакета, конце приема пакета, данных передачи, данных приема, ошибки четности передачи и ошибки четности приема до 2 Мбит/с.
		Скорость передачи сигнала: 50 бит/с~2 Мбит/с.
	SPI (опция S06)	Триггер в начале кадра, MOSI, MISO или MOSI и MISO на шинах SPI до 10 Мбит/с.
		Скорость сигнала:≤10 Мбит/с.
	CAN (вариант S07)	Триггер в начале кадра, типе кадра, идентификаторе, данных, идентификаторе и данных, конце кадра, отсутствующем ACK или ошибке битовой проверки сигналов CAN до 1 Мбит/с.
		Скорость передачи сигнала: 10 кбит/с~1 Мбит/с.
	LIN(опция S08)	Триггер синхронизации, идентификатора, данных, идентификатора и данных, кадра пробуждения, кадр сна, ошибки, до 100 кб/с.
		Скорость передачи сигнала: 800 бит/с~100 кбит/с; стандарт протокола: 1.x,2.x.
	FlexRay (опция S09)	Триггер в начале кадра, тип кадра, идентификатор, счетчик циклов, полное поле заголовка, данные, Идентификатор и данные, конец кадра или ошибки, до 10 Мбит/с.
		Скорость передачи сигнала: 2,5 Мбит/с, 5 Мбит/с, 10 Мбит/с.
	Аудио (опция S10)	Запуск при выборе слова, синхронизации кадров или данных. Максимальная скорость передачи данных для I2S/LJ/RJ/TDM составляет 10 Мбит/с.
		Скорость сигнала:≤10 Мбит/с; тип протокола: I2S,LJ,RJ,TDM
	USB (опция S11)	Триггер при синхронизации активен, начало кадра, сброс, приостановка, возобновление, конец пакета, пакет токена, пакет данных, пакет квитирования, специальный пакет, ошибка. Низкая скорость составляет 1,5 Мбит/с, а полная скорость — 12 Мбит/с.
		Скорость передачи сигнала: Низкая скорость 1,5 Мбит/с, полная скорость 12 Мбит/с.
	MIL-STD-1553 (ОПЦИЯ S12)	Триггер синхронизации, тип слова, командное слово, слово данных, ошибка и время простоя со скоростью 1 Мбит/с.
		Скорость передачи сигнала: 1 Мбит/с.

   

Логический анализатор Вариант H01	Количество цифровых каналов	16
	Группировка пороговых значений	Набор 1: D7~D0; Pod2: D15~D8
	Выбор порога	TTL (1.4 В), 5VCMOS (2.5 В), 3,3VCMOS (1.65 В), 2.5VCMOS (1.25 В), ECL (-1,3 В), PECL (3.7 в), определяется пользователем
	Пользовательский пороговый диапазон	±20 в, с шагом 10 мВ
	Точность пороговых значений	± (150 мВ + 3% от порогового значения)
	Максимальное входное напряжение	±40 в пиковое значение
	Введите динамический диапазон	±10 в относительно порогового значения
	Минимальная амплитуда напряжения	400 мВ (размах)
	Максимальная скорость переключения входного сигнала	400 МГц
	Входное сопротивление	100 kΩ±1%
	Разрешение по вертикали	1 бит
	Частота дискретизации синхронизации	2,5 Гбит/с.
	Глубина памяти	500 МЛН ТОЧЕК/КАНАЛ (C/D/E)	200 МЛН ТОЧЕК/КАНАЛ (CM/DM/EM)
	Минимальная ширина импульса обнаружения	2н/м
	Ошибка задержки между каналами	3,2 нс
	Количество каналов	1
	Макс. Выходная частота	25 МГц

   

Функциональный генератор Вариант H02	Максимальная частота дискретизации	200 Моб/с
	Разрешение по вертикали	14 бит
	Выходное сопротивление	50Ω (стандартное значение)
	Выходная кривая	Стандартная форма сигнала: Синусоида, прямоугольная волна, наклонная волна, импульс, постоянный ток, Шум и произвольная волна Встроенная кривая: Синц, экспоненциальный рост/распад, гауссовская, Лоренц-кривая и кривая гаверсина
	Модуляция	FM, AM, FSK
	Синусоида	Диапазон частот: От 0.1 Гц до 25 МГц
		Гармоническое искажение: -40 дБн
		Рассеивания: -40 дБн
		Суммарное гармоническое искажение: 1%
		Отношение сигнал/шум: 40 дБ
	Прямоугольная волна/импульс	Диапазон частот: От 0.1 Гц до 10 МГц
		Коэффициент заполнения: 1%~99%
		Разрешение коэффициента заполнения:  0.1% или 5 НС (преобладает более крупный)
		Минимальная ширина импульса: 40 НС
		Разрешение ширины импульса: 5 НС или 4 цифр (преобладает большее значение)
	Пилообразный сигнал/треугольная волна	Диапазон частот: От 0.1 Гц до 1 МГц
		Линейность: 1%
		Переменная симметрия: 0–100%
	Шум	Полоса пропускания: 25 МГц

   

	Встроенная частота сигнала	0.1 Гц~1 МГц
	Произвольная кривая	Длина кривой: От 1 до 16,384
		Диапазон частот: От 0.1 Гц до 10 МГц
	Частота	Точность: 100 стр./мин
		Разрешение: 0.1 Гц или 4 цифры (преобладает более крупный)
	Амплитуда	Диапазон выходного сигнала: 50 мВ-2.5 в-pp (50)
		Точность: Настройка амплитуды от пика до пика ±[1.5%, настройка смещения пост. Тока +1.5%)+1 мВ
	Смещение постоянного тока	Диапазон смещения: ±1.25 в (50)
		Разрешение смещения: 1 мВ (50)
		Точность смещения: ±2% от значения настройки смещения
Цифровой вольтметр	Источник измерения	CH1,CH2,CH3,CH4
	Типы измерений	СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОСТОЯННЫЙ ТОК, СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ЧАСТОТА
	Резолюции	Цифровой вольтметр:4 цифр
		Счетчик частоты:6 цифр
Система отображения	Тип дисплея	10.4-дюймовый цветной ЖК-дисплей
	Разрешение экрана	1024 пикселей по горизонтали × 768 по вертикали
	Вознаграждения	полный, сетка, перекрестие, рамка
	Сенсорный экран	Емкостный, поддерживает работу с осциллограммой и меню.
	Стили кривых	Точки, векторы, инерционность.

	Формат отображения	YT,XY
	Серый	256
	Цвет кривой	Нормальный, инвертированный, температура и спектральный
	Язык	Китайский, английский
	Яркость	Можно свободно регулировать форму сигнала, масштаб и яркость экрана
Входные и выходные порты	Порт USB-хоста	Два порта на передней панели и два порта на задней панели прибора.
	Порт USB-устройства	Один порт на задней панели прибора.
	Порт LAN	Разъем RJ-45, поддерживает скорость 10/100/1000 Мбит/с.
	Выходной видеопорт	ГНЕЗДОВОЙ разъем DB-15, подключите для отображения экрана осциллографа на внешнем мониторе или проекторе.
	Вспомогательный вход	BNC на задней панели, полное сопротивление 1MΩ, макс. Вход: 300 в (среднеквадратичное значение).
	Вспомогательный выход	BNC на задней панели используется для выхода импульсного сигнала триггера, выхода события теста маски ограничения или встроенного выходного обучающего сигнала
	Вход/выход опорного сигнала	BNC на задней панели, базовые системы времени используются для ввода или вывода контрольных часов, частота — 10 МГц.
	Компенсатор датчика	Контакты передней панели, частота 1 кГц, амплитуда прибл. 3 В.
Физические символы	Структурный стиль	Портативность
	Источник питания	100–240 в перем. Тока, 50–60 Гц
		Макс. Потребляемая мощность: 150 Вт.
	Рабочая температура	0°C~+50°C.
	РАЗМЕРЫ (Ш×В×Г)	426 мм×221,5 мм×160 мм
	Макс. Вес	6 кг

         Стандартная комплектация

№	Наименование
1	4 пассивных пробника напряжения
2	Руководство пользователя
3	Руководство по программированию
4	Шнур питания

                                                  ОПЦИИ:

Опция	Описание
4456-H01	Модуль логического анализатора
4456-H02	Модуль генератора функций
4456-H03	Высоковольтный несимметричный пробник P9558
4456-H04	Высоковольтный несимметричный пробник P3258
4456-H05	Высоковольтный дифференциальный пробник P8050
4456-H06	Высоковольтный дифференциальный пробник P8100
4456-H07	Токовый пробник AP622
4456-H08	Токовый пробник AP202
4456-H09	Комплект для монтажа в стойку
4456-H10	Жесткий транспортировочный кейс
4456-H11	Англоязычная передняя панель
4456-H12	Пробник напряжения P9550A
4456-H13	Пассивный пробник напряжения P9551
4456-H14	Пассивный пробник напряжения P9350A
4456-H20	Высоковольтный несимметричный пробник P4220
4456-H21	Токовый пробник AP621
4456-H22	Токовый пробник AP622D
4456-H23	Токовый пробник AP204A
4456-H24	Трансформатор импеданса PL-50 50 Ом
4456-H25	Трансформатор импеданса PL-75 75 Ом
4456-H26	Трансформатор импеданса PL-93 93 Ом
4456-S01	ПО Модуль проверки предельных масок
4456-S02	ПО Модуль анализа мощности
4456-S03	ПО Модуль триггера HD-видео
4456-S04	ПО Модуль триггера и анализа I2C
4456-S05	ПО Модуль триггера и анализа RS232
4456-С06	ПО Модуль триггера и анализа SPI
4456-С07	ПО Модуль триггера и анализа CAN

Осциллографы с технологией цифрового люминофора (DPO): принцип работы технологии, преимущества над обычными цифровыми осциллографами

 

Краткое вступление

Технология цифрового люминофора, которую также называют технологией цифрового фосфора, встречается в осциллографах среднего и профессионального уровня. В англоязычной литературе её называют DPO (Digital Phosphor Oscilloscope). Модели осциллографов, построенные на базе технологии DPO, существенно превосходят по возможностям классические цифровые запоминающие осциллографы, предоставляя разработчикам новые, эффективные инструменты. В этой статье подробно рассказано о том, как работает эта технология и какие преимущества она обеспечивает.

 

История возникновения технологии цифрового люминофора DPO

В 90-е годы в лабораториях США часто на одном столе можно было увидеть новую модель цифрового осциллографа и старенький аналоговый осциллограф, который использовался совместно с цифровым. Почему же цифровой осциллограф не мог полностью заменить аналоговый? Дело в том, что экран аналогового осциллографа покрыт люминофором, содержащим фосфор. После прохождения электронного луча по такому экрану, след от него не гаснет мгновенно, а плавно затухает за доли секунды. То есть экран аналогового осциллографа обладает лёгким послесвечением.

Этот эффект послесвечения позволял визуально наблюдать редко возникающие события и различные аномалии на фоне стационарного периодического сигнала. Также на экране аналогового осциллографа хорошо было видно структуру повторяющихся нестационарных процессов, таких как телевизионные сигналы. А цифровые осциллографы не справлялись с такими задачами. Осциллограмма телесигнала показана ниже.

Пример телесигнала стандарта NTSC, с отображением которого не справлялись первые поколения цифровых осциллографов.

С другой стороны цифровые запоминающие осциллографы могли записывать в память выборки сигналов, выполнять их постобработку и производить над ними сложные вычисления. Цифровые осциллографы хорошо подходили для анализа периодических сигналов, записи и просмотра цифровых последовательностей, записи однократных событий и автоматического вычисления параметров сигнала, таких как: время нарастания, амплитуда, частота, скважность и др.

Но с появлением технологии DPO ситуация резко изменилась. Осциллографы, построенные на базе этой технологии, не только смогли полностью заменить аналоговые и обычные цифровые осциллографы, но также дополнили арсенал разработчика новыми мощными инструментами. Чтобы лучше понять технологию DPO сначала рассмотрим устройство классического цифрового запоминающего осциллографа.

 

Структура классического цифрового запоминающего осциллографа (DSO)

Обычный цифровой запоминающий осциллограф в англоязычной литературе называется DSO (Digital Storage Oscilloscope). Осциллографы DSO хорошо подходят для работы с периодическими, не изменяющимися сигналами (синусами, меандрами и т.д.). Также эти осциллографы можно использовать для захвата и просмотра однократных событий, например длинных цифровых последовательностей или переходных процессов. Поскольку информация о сигнале оцифровывается и хранится в памяти DSO в виде массива значений, сигнал можно легко анализировать, распечатывать, либо обрабатывать каким-либо иным способом, как в самом осциллографе, так и на внешнем компьютере. Однако такие приборы не отображают в реальном времени градации яркости развёртки сигнала, поэтому осциллографы DSO неспособны наглядно представлять изменяющиеся "живые" сигналы.

Причины недостатков осциллографов DSO кроятся в их архитектуре. На рисунке ниже показано строение типичного цифрового запоминающего осциллографа. После срабатывания системы запуска осциллографа, входной сигнал начинает оцифровываться с помощью АЦП и результаты оцифровки помещаются в память выборок. Через короткий промежуток времени, который зависит от возможностей и настроек осциллографа (размер памяти, скорость оцифровки, установки развёртки и др.), процесс оцифровки сигнала останавливается и начинается обработка массива оцифрованных значений с помощью микропроцессора. Через некоторое время, которое зависит от скорости микропроцессора и объёма данных, изображение сигнала выводится на дисплей. После этого опять включается система запуска и весь цикл повторяется.

Входной сигнал в цифровом запоминающем осциллографе DSO обрабатывается последовательно.

Главный недостаток такой структуры - это остановка оцифровки входного сигнала на время обработки уже сохранённых в памяти значений. Типичный DSO осциллограф более 99% времени полностью игнорирует входной сигнал и занимается лишь обработкой и отображением последнего оцифрованного фрагмента. На практике это приводит к невозможности обнаружения многих типов аномалий, либо необходимости долго ждать, пока аномалия рано или поздно попадёт в короткий интервал активной оцифровки входного сигнала.

На этом скриншоте показан фрагмент сигнала, длительностью 1 мкс, захваченный обычным DSO осциллографом серии Tektronix TDS2000. В этом фрагменте обнаружен глитч сигнала цифровой последовательности и правее от него рант сигнала. Обратите внимание на длительное время поиска этой аномалии (обведено красным овалом) - 1 час (1 hour). Есть ещё один момент: чтобы настроить запуск осциллографа на обнаружении такой аномалии, необходимо хотя бы приблизительно знать её амплитуду и длительность. Иначе запуск может попросту не сработать.

Пример экрана осциллографа DSO при длительном поиске аномалий сигнала.

Главное достоинство такой структуры - это возможность использования слабых микропроцессоров и вспомогательных цифровых микросхем, что приводит к невысокой стоимости прибора. Поэтому основная масса цифровых запоминающих осциллографов в нижнем ценовом сегменте устроены именно таким образом. А теперь рассмотрим какую структуру имеют осциллографы с технологией DPO.

 

Структура осциллографа с технологией цифрового люминофора (DPO)

В то время, как в осциллографах DSO для захвата, отображения и анализа сигналов применяется технология последовательной обработки, в DPO (Digital Phosphor Oscilloscope) для выполнения тех же задач используется параллельная обработка. Осциллографы DPO построены на основе специализированной ПЛИС (Программируемой Логической Интегральной микроСхемы), которая в реальном времени выполняет обработку оцифрованных значений входного сигнала. Этот подход значительно повышает вероятность обнаружения быстротекущих явлений, происходящих в цифровых и аналоговых системах, таких как повреждённые импульсы, глитчи и различные переходные процессы, а также предоставляет дополнительные возможности анализа. Строение осциллографа с технологией цифрового люминофора DPO показано на этом рисунке.

Входной сигнал в цифровом запоминающем осциллографе DPO обрабатывается параллельно.

В то время, как аналоговые осциллографы, используют физические свойства люминофора (его инерционность или послесвечение), в осциллографах DPO применяется технология электронного цифрового люминофора (цифрового фосфора - Digital Phosphor), что на самом деле представляет собой непрерывно обновляющуюся базу цифровых данных. Эта база данных имеет отдельную ячейку памяти для каждого пикселя дисплея прибора. В этих ячейках памяти находится информация о текущей интенсивности сигнала во всех точках экрана. После каждого запуска захвата, результаты текущей выборки сигнала обновляют ячейки базы данных цифрового люминофора. Таким образом, информация об интенсивности больше накапливается в тех ячейках, через которые сигнал проходит чаще всего. Как говорилось выше, вся эта сложная вычислительная работа выполняется отдельной микросхемой в реальном времени, минимизируя любые задержки.

Для наглядной демонстрации того, как это работает, допустим, что экран осциллографа имеет 11 точек по горизонтали и 10 точек по вертикали. В таком случае таблица данных цифрового люминофора также имеет размеры 11х10 ячеек. Графически она представлена на рисунке ниже. Теперь представим, что осциллограф выполнил 9 запусков оцифровки тестового сигнала. Сигнал каждый раз имел слегка отличающуюся форму. Информация о количестве прохождений сигнала через каждую точку экрана сохранялась в таблице значений. Через некоторые точки сигнал прошёл все 9 раз, а через остальные от 0 до 8 раз. Результирующая таблица данных цифрового люминофора из этого примера показана на рисунке. Она позволяет чётко отличить области, через которые сигнал проходил часто, от областей, где он появлялся эпизодически.

Пример таблицы данных цифрового люминофора осциллографов DPO.

В реальном осциллографе, построенном по технологии DPO, таблица, хранящая количество прохождений сигнала через каждую точку, содержит сотни тысяч значений, а специализированная микросхема DPO обновляет эту информацию со скоростью десятки и даже сотни тысяч раз в секунду. Как видно из сравнительной таблицы технических характеристик осциллографов, осциллографы серии Tektronix DPO2000 обеспечивают скорость обновления до 5 000 раз в секунду, а осциллографы старшей серии Tektronix DPO70000 обновляют таблицу до 300 000 раз в секунду. При помощи DPO легко увидеть разницу между сигналом, захваченным при каждом запуске, и сигналом, захваченным, например, при каждом 1000-ом запуске.

Во время визуализации этой накопленной в памяти осциллографа информации, области экрана, в которых сигнал появляется чаще, отображаются более интенсивными цветами (оттенками красного и жёлтого), а области экрана, в которых сигнал появляется редко, окрашиваются в более тёмные цвета (оттенки синего). Цветовую гамму можно настраивать. Также можно в широких пределах настраивать длительность эффекта послесвечения, ещё больше увеличивая возможности визуализации и анализа.

На этом скриншоте осциллографа с технологией DPO показан цифровой тактовый сигнал. Именно за счёт эффекта цифрового люминофора, который наглядно обобщает тысячи обработанных захватов, можно наблюдать в каких пределах изменяется напряжение в нижней и верхней частях тактовой последовательности. А по интенсивности окраски сигнала можно судить о состояниях, в которых он находится чаще всего. Обратите внимание на синий всплеск в центральной части экрана, который выделен овалом - это неуловимый глитч тактового сигнала, который легко может приводить к сбою работы цифровых схем и который очень трудно поймать средствами запуска обычного цифрового осциллографа DSO, так как амплитуда глитча находится в пределах основного сигнала. Но благодаря технологии DPO подобные аномалии можно легко обнаружить.

Пример реальной работы цифрового люминофора осциллографов DPO.

При помощи осциллографов DPO одинаково удобно исследовать в реальном времени высокие и низкие частоты, периодические сигналы, переходные процессы и комплексные сигналы. Только DPO обладают возможностью представления сигнала в реальном времени по оси Z (градации цвета при отображении на дисплее), что отсутствует у обычных цифровых запоминающих осциллографов DSO.

Технология DPO - это идеальный инструмент для тех, кто занимается разработкой и испытанием цифровых и аналоговых устройств, а также любого электронного оборудования. Осциллографы DPO отлично подходят для глубокого анализа электроники, тестирования телекоммуникационных сигналов по маске, отладки схем с перемежающимися и периодическими сигналами, а также задач, где требуется синхронизация по времени.

 

Типовые примеры использования технологии цифрового люминофора (DPO)

Существуют десятки практических задач, которые могут очень эффективно решаться при использовании осциллографа с технологией цифрового фосфора DPO. Чтобы наглядно продемонстрировать преимущества этой технологии, рассмотрим несколько самых распространённых примеров.

На этом скриншоте показан экран осциллографа серии Tektronix MDO4000C. Точка запуска по каналу 1 установлена на 470 мВ. На экране мы видим сигнал в диапазоне от 1 мкс до момента запуска и до 1 мкс после момента запуска. Одновременно на экране представлены результаты срабатывания тысяч запусков. То есть статистическая картина изменения сигнала очень подробная. Как мы видим по градациям цветности, небольшой процент времени сигнал имеет сниженное значение амплитуды - она плавает, периодически уменьшаясь приблизительно в два раза. На такое измерение осциллографу с DPO надо менее 1 секунды.

Пример быстрого обнаружения плавающей амплитуды сигнала с помощью технологии DPO.

А вот ещё один пример работы технологии DPO в осциллографе серии Tektronix MDO4000C. В данном случае измеряемый меандр имеет стабильную амплитуду, но плавающую частоту. Судя по уровню размытия фронта пятого от точки запуска периода меандра, частота изменяется приблизительно на 10%. С помощью маркеров осциллографа можно провести более точные измерения. Также на осциллограмме виден небольшой переходной процесс, возникающий при резком изменении амплитуды из одного состояния в другое.

Пример обнаружения с помощью технологии DPO изменяющейся частоты сигнала.

Как уже упоминалось выше, технология цифрового люминофора DPO великолепно справляется с поиском редко возникающих аномалий сигналов: глитчей, рантов, сбоев синхронизации и т.п. На этом скриншоте осциллографа серии Tektronix DPO7000C чётко видно два дефекта сигнала: короткий глитч в начале сигнала и через 150 нс после глитча второй дефект - рант сигнала (импульс, имеющий меньший уровень, чем все остальные импульсы последовательности). Судя по голубому цвету глитча и ранта, они возникают неоднократно, однако значительно реже, чем основной сигнал.

Пример обнаружения глитча и ранта сигнала с помощью технологии DPO.

Ещё одно распространённое применение технология DPO находит в проверке соответствия стандартам формы сигналов скоростных цифровых интерфейсов: PCI Express, USB, Serial ATA, Ethernet IEEE 802.3, ANSI X3.263, Sonet/SDH, Fibre Channel, InfiniBand, Serial Attached SCSI, ITU-T/ANSI T1.102, IEEE 1394b, RapidIO, OIF Standards, Open Base Station Architecture Initiative (OBSAI), Common Public Radio Interface (CPRI) и др.

На этом скриншоте осциллографа серии Tektronix DPO70000 показан пример тестирования сигнала шины PCI Express. В качестве критериев соответствия используется маска, параметры которой прописаны в соответствующем международном стандарте. Высокая достоверность проверки достигается за счёт анализа сотен тысяч осциллограмм в секунду, что гарантирует обнаружение даже самых неуловимых отклонений.

Пример проверки соответствия формы сигнала шины PCI Express с помощью технологии DPO.

И, конечно, эффект цифрового люминофора DPO можно в любой момент отключить. Например, при захвате и декодировании длительных цифровых последовательностей он просто не нужен. Для этого на передней панели DPO осциллографов есть специальная кнопка или отдельный пункт меню. На этом скриншоте показан экран осциллографа серии Tektronix MDO3000 при выключенном цифровом фосфоре. Мы видим "обычный" меандр без градаций цветности. Под сигналом располагается таблица с автоматически измеренными параметрами этого меандра: частотой, напряжением от пика до пика и количеством положительных импульсов.

Пример экрана DPO осциллографа с отключённым эффектом цифрового фосфора.

Существует множество других реальных задач, в которых технология цифрового фосфора DPO существенно упрощает работу разработчика и делает её более эффективной. Если сравнивать аналоговый осциллограф, обычный цифровой DSO и осциллограф с поддержкой DPO, то DPO является наиболее универсальным решением, которое полностью обеспечивает все возможности аналоговых и обычных цифровых моделей, плюс содержит дополнительные мощные инструменты.

 

Как отличить осциллографы DPO от обычных DSO

Все производители осциллографов знают о преимуществах технологии DPO, но только некоторые из них включают эту технологию в свои изделия. Поскольку основа DPO - это отдельная, технически сложная и высокопроизводительная микросхема, осциллографы с DPO стоят дороже и их сложнее разрабатывать и выпускать. Кроме того, отдельные аспекты реализации DPO защищены патентами, что ещё больше усложняет для большинства компаний выпуск таких осциллографов.

Но техническое превосходство DPO и расширенные возможности, которые предоставляет эта технология в руки инженеров, заставляют многие компании добавлять в свои обычные модели DSO возможности, которые имитируют работу DPO. Например, за счёт набора большого количества захватов и их последующей программной обработки микропроцессором, некоторые осциллографы DSO могут выводить изображение, содержащее градации цветности сигнала. Но полноценный осциллограф DPO получит такую картинку за доли секунды, а DSO могут понадобиться минуты и даже часы для набора такого же количества измерений.

На этом скриншоте показана эмуляция эффекта цифрового фосфора обычным DSO осциллографом серии Tektronix TDS2000C. Фрагмент сигнала, длительностью 0,5 мкс, содержит глитч и часть ранта. Как указано в левой нижней части экрана, было собрано 60502 выборки. Сигнал на экране имеет градации цветности, имитируя работу DPO, но на накопление этой информации понадобилось в сотни раз больше времени, чем полноценному DPO. И если аномалия не периодическая, а однократная, то с вероятностью 99% осциллограф DSO её просто не заметит. Также детализация картинки значительно ниже чем у DPO.

Пример экрана обычного осциллографа DSO при эмуляции эффекта цифрового фосфора.

Основной критерий, который позволяет сразу отличить DPO осциллограф от DSO - это скорость непрерывного захвата и анализа осциллограмм, которую реально может обеспечить конкретная модель. Этот параметр указывается в техническом описании осциллографа. Если значение этого параметра менее 1000 осциллограмм в секунду или оно вообще не указано, то перед Вами обычный цифровой осциллограф DSO с последовательной обработкой сигнала. Если значение этого параметра составляет десятки и сотни тысяч осциллограмм в секунду, то это полноценный осциллограф с параллельной обработкой сигнала с помощью аппаратной микросхемы DPO.

Если говорить о модельном ряде осциллографов американской компании Tektronix (нажать: Осциллографы TEKTRONIX ), то как видно из сравнительной таблицы технических характеристик осциллографов, к обычным DSO относятся младшие серии: TBS1000B и TBS2000B, а также две серии с гальванически изолированными каналами: TPS2000 и THS3000. Они могут захватывать и анализировать до 100 осциллограмм в секунду.

Как видно из той же таблицы, к осциллографам компании Tektronix с полноценной поддержкой технологии DPO относятся серии: DPO/MSO2000, MDO3, MDO4000C, MSO4, MSO5, MSO6 и DPO/MSO70000. А к осциллографам компании Pico Technology (нажать: Pico Technology ) с полноценной поддержкой технологии DPO относятся серии: PicoScope 3000D и PicoScope 6000E. Большинство перечисленных моделей могут захватывать и анализировать сотни тысяч осциллограмм в секунду.