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Integrare i generatori di segnale con gli oscilloscopi per una migliore analisi dei segnali
La combinazione di un generatore di segnale e un oscilloscopio forma la spina dorsale di test e verifica di progettazione elettronica moderna. Se si sta debugando un alimentatore rumoroso, caratterizzando la risposta di frequenza di un filtro, o verificando un collegamento di comunicazione digitale, la capacità di iniettare uno stimolo noto e osservare la reazione del sistema di elevazione è indispensabile.
Comprendere gli strumenti
Generatori di segnale – La sorgente di Stimulus
[LT] Generatori di funzioni [LT], che utilizzano la funzione di generazione di potenza [FLT], che coprono le più alte frequenze (spesso fino a diversi GHz) e i sistemi di modulazione di supporto.
Oscilloscopi – Il Visualizer
[LT] [Trovare] [Trova] [FLT] [Sottolinea] [Trova] [Sottolinea di frequenza] [Sottolinea di frequenza] [Sottolinea di frequenza] [FLT] [Sottolinea di frequenza] [Sottolinea di frequenza][Sottolinea di frequenza][Seguire] [[Segui]]
Guida all'integrazione passo-passo
1. Connessione fisica
Utilizzare un cavo coassiale ] (tipicamente BNC o SMA) per collegare l'uscita del generatore di segnale all'ingresso del canale di oscilloscopio. Assicurare che entrambi i connettori siano puliti e stretti. Se l'oscilloscopio ha un'impedenza di ingresso di 1 MΩ (comune per gli scopi generali) e le uscite del generatore in un carico di 50 Ω, è necessario
2. Configurare il generatore di segnale
Impostare il tipo di forma d'onda (sine, quadrato, triangolo, impulso, o arbitrario). Regolare [[LT:0] frequenza al valore desiderato, l'amplitudine (solitamente in Vpp o dBm), e ]
3. Impostare l'oscilloscopio
[FLT] [[FLT]] [[FLT]]] [[FLT]]]] [[FLT]]]]] [[Schedare] l'innesto di un'onda di espansione [[[6]] [[Scheda]]] [[Scheda di un'interferenza di tipo inferiore] [[Scheda]]] [[Scheda]]]]] [[Scheda di un']]]
4. Verificare il segnale
Controllare l'ampiezza, la frequenza e la forma. Confrontare i valori misurati alle impostazioni del generatore. Le piccole deviazioni sono normali a causa di errori di impedenza o di carico della sonda. Se la forma d'onda mostra la ricostruzione, la risoluzione o gli inattesi gli errori, ricontrollare le connessioni e considerare le misurazioni di impedenza.
Tecniche avanzate per l'analisi dei segni in profondità
Utilizzo di FFT per l'analisi delle frequenze
La maggior parte degli oscilloscopi digitali includono una funzione integrata di Fast Fourier Transform (FFT) che converte la forma d'onda del dominio temporale nel suo spettro di frequenza, rivelando armoniche, rumori e bande laterali di modulazione.
- Assicurare che la forma d'onda visualizzata contenga molti cicli (aumentare la base di tempo per catturare più periodi).
- Utilizzare una funzione finestra[] (Hanning, Blackman-Harris) per ridurre la perdita spettrale.
- Impostare la scala verticale a dBm (o dBV) per una più facile interpretazione.
- Media cattura FFT multipli per ridurre il rumore del pavimento.
Utilizzando un FFT, è possibile misurare la distorsione armonica di un generatore di segnale, identificare componenti spurious, o analizzare la purezza spettrale di un vettore RF. Per una immersione più profonda, fare riferimento al Tektronix primer su tecniche di probing e il ] Guida di Kisight sull'analisi dello spettro con oscilloscopi[.
Analisi del diagramma degli occhi per i segnali digitali
Quando si verificano collegamenti di comunicazione digitali (ad esempio, SPI, I2C, UART, Ethernet), un [ diagramma degli occhi[]] è uno strumento potente. Molti oscilloscopi offrono una modalità diagramma degli occhi che sovrappone molte forme d'onda innescate da un orologio o modello di dati.
- Impostare il generatore di segnale per produrre una sequenza di bit pseudo-random (PRBS) o un modello digitale noto.
- Collegare il generatore al dispositivo sotto test (ad esempio, un driver di linea o un buffer).
- Trigger l'oscilloscopio utilizzando l'uscita dell'orologio del generatore o un orologio recuperato.
- Abilitare la persistenza e sovrapporre molte acquisizioni – apparirà la forma dell'occhio.
Le misure chiave includono: altezza dell'occhio (margine di tensione), larghezza dell'occhio (margine di timing), aumento/caduta e jitter totale (TJ). I generatori di segnale con capacità PRBS integrate semplificano questa configurazione. Per ulteriori misurazioni del diagramma degli occhi, vedi Nota di applicazione di Rohde & Schwarz sui diagrammi degli occhi.
Caratterizzazione della risposta filtro con frequenza ampiezza
Un generatore di segnale con funzione frequenza spazzata[[], combinato con un oscilloscopio in modalità XY, può visualizzare la risposta di frequenza di filtri e amplificatori.
- Collegare l'uscita del generatore all'ingresso del filtro e l'uscita del filtro al canale 1.
- Collegare l'uscita di sincronizzazione del generatore (o un secondo canale generatore impostato su una rampa) a Canale 2 per fornire l'asse di frequenza.
- Impostare l'oscilloscopio in modalità XY (Channel 1 = asse Y, Canale 2 = asse X).
- Impostare il generatore per spazzare oltre la gamma di frequenza di interesse (ad esempio, 10 kHz a 1 MHz).
Il display mostra una traccia che rappresenta ampiezza e frequenza. La calibrazione può essere effettuata utilizzando punti di riferimento noti. Questa tecnica è meno accurata di un analizzatore di rete dedicato, ma fornisce una visualizzazione rapida per scopi educativi o di debug.
Pitfalls e le loro soluzioni
Riflessione di Impedenza e Riflessioni Segnali
Le impedenze tra generatore, cavo e oscilloscopio provocano riflessi che distorcono la forma d'onda – particolarmente visibili come overshoot, ringing o bordi di scaler-step su onde quadrate. Soluzione:] Utilizzare 50 Ω cavi e terminazioni costantemente. Se il vostro oscilloscopio offre una modalità di ingresso 50 Ω, abilitarlo.
Loops e iniezione di rumore
Il campo di ingrandimento dell'improper introduce il rumore dell'humo 50/60 Hz e il rumore ad alta frequenza. Entrambi gli strumenti dovrebbero condividere un terreno comune attraverso la terra principale. Evitare di creare loop di terra utilizzando un terreno generatore a un punto quando si collega a un circuito. Per le misurazioni sensibili, utilizzare una sonda ]
Probe Caricamento e Limitazione della larghezza di banda
Le sonde passive 10× hanno una capacità di 10-15 pF, che può caricare circuiti ad alta impedenza (ad esempio, oscillatori di cristallo, nodi ad alto valore zero) e modificare la forma d'onda.
Schermo di scatto e display non leggibile
[LT] Soluzione: Impostare il livello di attivazione al punto centrale del segnale. Utilizzare il generatore Uscita asincrono come sorgente di trigger – fornisce un bordo di trigger pulito, a basso volume. Se il trigger di sincronizzazione ha un'uscita separata
Esempi pratici di applicazione
Testare un Amplificatore Audio
Per misurare il guadagno e la distorsione di un amplificatore audio: impostare il generatore di segnale per l'uscita di un'onda di sine da 1 kHz a 100 mVpp. Collegare il generatore all'ingresso dell'amplificatore (attraverso un condensatore di serie se l'ingresso dell'amplificatore è ricoperto da DC).
Caratterizzazione di un filtro a basso passaggio
Progettare un semplice filtro RC a passaggio basso con una frequenza di taglio di 10 kHz. Collegare il generatore di segnale all'ingresso del filtro, e l'oscilloscopio all'uscita. Impostare il generatore per produrre un'onda sinusoidale con ampiezza 1 Vpp. Nuotare la frequenza da 1 kHz a 100 kHz (manualmente o utilizzando la funzione di spazza del generatore).
Debug a Digital Glitch
Supponiamo che un circuito digitale esibisca glitches intermittenti su una linea di dati. Collegare il generatore di segnale per replicare il modello di dati (ad esempio, un'onda quadrata di 1 MHz con un ciclo di dovere specifico). Utilizzare l'oscilloscopio in normale attivazione con un set di trigger di larghezza di impulso positivo per catturare impulsi più brevi di quanto previsto.
Calibrazione e manutenzione per risultati costanti
La maggior parte degli oscilloscopi della panca ha un segnale di calibrazione interno (tipicamente un'onda quadrata da 1 kHz a un'ampiezza nota). Utilizzare questo per verificare la precisione verticale. Per i generatori di segnale, controllare l'ampiezza dell'uscita e la frequenza con un contatore di frequenza se disponibile. I connettori di scorrimento]] con le misurazioni dell'alcol isopropilico e l'aria compressa impediscono i collegamenti di tempo di temperatura meno stabilitante.
Un altro passo di manutenzione spesso superato: ] firmware aggiornato] sugli strumenti digitali moderni. I produttori migliorano regolarmente la precisione di misura e aggiungono nuove funzionalità. Per le migliori pratiche, vedi L'articolo di Design Elettronico sulla calibrazione dell'oscilloscopio.
Conclusioni
Integrando un generatore di segnale con un oscilloscopio trasforma un semplice visualizzatore di tensione in una potente stazione di lavoro di analisi del segnale. Padroneggiare la configurazione di connessione, l'impedenza corrispondente, tecniche di trigger e strumenti di analisi avanzati come FFT e diagrammi degli occhi, è possibile diagnosticare problemi che le misurazioni statiche potrebbero mancare.