De digitale Oscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope = DSO) J.P.Goemaere KaHo Sint-Lieven 2006

De digitale Oscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope = DSO)

J.P.Goemaere KaHo Sint-Lieven – 2006

De digitale Oscilloscoop

Overzicht

• • • •

Digitaal DSO functies en controls Automatische meten en verwerken Interfacing

KaHo Sint-Lieven

Digitale oscilloscopen

2

Digitaal

Naam van de presentator KaHo Sint-Lieven – Jaaraanduiding of Datum


Overzicht

• • • • • • • • • • •

Inleiding Sampling en digitalisatie ‘Analog to digitaal’ convertor and verticale resolutie Tijdbasis en horizontale resolutie Stijdtijd Maximum vast te leggen frequentie Aliasing Realtime sampling and equivalent tijd sampling Charge coupled devices Single shot toepassingen Display types

KaHo Sint-Lieven


4

Digitaal

Inleiding

KaHo Sint-Lieven


5

Digitaal

Inleiding

KaHo Sint-Lieven


6

DSO functies en controls

Display magnification

• De tijdbasis van analoge scopes kunnen tot tien keer worden vergroot om klein details te kunnen inzoomen • In digitale scopes kan de golfvorm meestal meer worden geëxpandeerd in kleinere stappen en . De tijdbasis verwerkt deze vergroting met machten van 2 zoals *2, *4, *8, *16, … enz

KaHo Sint-Lieven


7

Digitaal

Sampling en digitalisatie

KaHo Sint-Lieven


8

Digitaal

Sampling en digitalisatie

KaHo Sint-Lieven


9

Digitaal

Analog to digitaal convertor and verticale resolutie

• De ADC bepaalt de amplitude van een sample door het te vergelijken van een aantal referentiespanningen. Hoe meer comparatoren in de ADC zijn opgenomen hoe meer spanningsniveaus er herkend worden (= verticale resolutie). • De verticale resolutie wordt uitgedrukt in bits • De meeste oscilloscopen gebruiken 8 bits ADC

KaHo Sint-Lieven


10

Digitaal

Tijdbasis en horizontale resolutie

• Zoals in analoge oscilloscopen hangt de snelheid van de horizontale afbuiging af van de tijdbasis instelling (s/div.) • Een totale groep van opgenomen samples dat één golfvorm vertegenwoordigd wordt een record genoemd • De recordlengte of acquisitie lengte wordt uitgedrukt in Bytes (1KB=1kibi=1024 samples) • In digitale scopes is het gebruikelijk 512 samples te gebruiken voor de horizontale as. • Gebruikelijk wordt dit aantal samples getoond op het display met een horizontale resolutie van 50 samples per divisie.

512 /50 = 10,24divisies KaHo Sint-Lieven


11

Digitaal


• Het samplinginterval tussen samples sampling _ interval =

tijdbasis _ instelling ( s / div.) aantal _ samples

• Voor een tijdbasis instelling van 1ms/div. en de gegeven 50 samples per divisie wordt het sampling interval Sampling interval=1 ms/50= 20μs

• De sample rate Sampling rate =1 /sample interval

• Het aantal samples dat wordt getoond is vast en de verandering in tijdbasis instellingen wordt bereikt door de verandering van de sample rate

KaHo Sint-Lieven


12

Digitaal


• Gegeven een oscilloscoop met een max. sample rate van 100MS/s dan is de tijdbasis instelling die deze sample rate gebruikt Tijdbasis instelling

= 50 samples * sample interval = 50 / sample rate 6

= 50 / ( 100 x 10 ) = 500 ns/div.

• Dit is belangrijk om weten omdat deze tijdbasis instelling de snelste acquisitie is voor niet – repetitieve signaal. • Wordt aangeduid met de max. single ‘shot’ tijdbasis instelling waarbij de max. ware tijd sample rate (max. real - time sampling rate) wordt gebruikt.

KaHo Sint-Lieven


13

Digitaal

Stijdtijd

• De bruikbare stijgtijd hangt bij een analoge scoop af van zijn analoge circuits • Bij DSO hangt de snelle transitie af van zijn analoge circuits en van de tijdsresolutie. Voor een correct stijgtijd meting moeten voldoende details van de desbetreffende flank kunnen worden opgenomen. • Deze stijgtijd wordt de bruikbare stijgtijd van een DSO genoemd en is in functie van de tijdbasis instelling

KaHo Sint-Lieven


14

Digitaal

Charge coupled devices

• Sommige scopes gebruikten CCD s om analoge signalen op zeer hoge snelheid op te slaan om vervolgend op een lagere snelheid deze pakketje naar een ADC te sturen.

KaHo Sint-Lieven


15

Digitaal

Display types • •

Bij analoge scoops hebben we de CRT (Electrostatic deflection) ook vector scan display genoemd Bij digitale geheugen scoops worden de golfvormen in het geheugen opgeslagen voordat ze naar het display worden geschreven daardoor is het mogelijk eenvoudiger en goedkopere display te gebruiken (magnetic deflection en lcd ook raster scan displays genoemd)

KaHo Sint-Lieven


16

Digitaal

Realtime sampling and equivalent tijd sampling

• Realtime sampling

KaHo Sint-Lieven


17

Digitaal


• Equivalent tijd sampling

KaHo Sint-Lieven


18

Digitaal


• Equivalent tijd sampling: Sequentieel sampling

t2=Ts+ΔT Met ΔT bijvoorbeeld 50ns

KaHo Sint-Lieven


19

Digitaal


• Equivalent tijd sampling: Random sampling

KaHo Sint-Lieven


20


Roll mode

• Full continiue display. In deze mode worden samples opgenomen en direct gekopieerd naar het display. De nieuwe sample komen dan volledig rechts van het display en de bestaande golfvorm schuift naar links. Het gevolg is dat de oudste samples van het scherm verdwijnen

KaHo Sint-Lieven


21


Scan mode

• Scan mode: Bepaalde scopen hebben geen roll mode maar een scan mode zoals de TDS210 van het labo. Deze wordt ingesteld bij sweepbereiksnelheden van 100 ms/div en trager. De oscilloscoop toont van links naar rechts golfvormupdates van het scherm en wist daardoor de oude punten aangezien er nieuwe punten getoond worden. De nieuwe golfvorm beweegt zich op het scherm met een scheiding van één – divisie - brede lege sectie aan de oude golfvorm.

KaHo Sint-Lieven


22

Digitaal

Single shot toepassingen • •

•

Een belangrijk verschil met een analoge oscilloscoop is de mogelijkheid om golfvorm informatie op te slaan. Dit maakt de DSO uitermate geschikt om fenomenen met een lage herhalingsfrequentie of die zelfs niet worden herhaald op te slaan en te bestuderen. Ze worden single –shot signalen genoemd

KaHo Sint-Lieven


23

Digitaal

Refreshmode (normal storage mode) •

Refreshmode (normal storage mode): Deze lijkt het meest op de conventionele display weergave. Toch zijn er merkwaardige verschillen: – men ziet de gedigitaliseerde versie van het ingangssignaal – in storage mode kijkt de scoop altijd naar het ingangssignaal; het geheugen wordt voortdurend beschreven met nieuwe data (beschouw het als een draaiende schijf waarop nieuwe data boven de onderste geplaatst worden). Een triggerpuls dient als referentiepunt en bepaalt hoeveel samples nog moeten genomen worden om een volledig beeld te kunnen weergeven: hieruit volgt de mogelijkheid terug in de tijd te kijken d.w.z. informatie die optrad vóór de triggerpuls in beeld te brengen (zie verder pre- en post triggering). – Bij iedere triggerpuls wordt het beeld vernieuwd en eventueel aangepast aan een veranderde stand der bedieningsknoppen.

KaHo Sint-Lieven


24

Digitaal

Maximum vast te leggen frequentie

KaHo Sint-Lieven


25

Digitaal


KaHo Sint-Lieven


26

Digitaal


KaHo Sint-Lieven


27

Digitaal

Aliasing

KaHo Sint-Lieven


28

Digitaal

Aliasing

KaHo Sint-Lieven


29


Overzicht

9 • • •


KaHo Sint-Lieven


30




DSO functies en controls • • • • • • •

Pre-trigger Post-trigger Trigger postionering Glitch capture Roll mode Display magnification Speciale triggering – – – – – –

• • •

Patroon triggering State triggering Glitch triggering Time qualified triggering Event delay N-cycle

Waveform storage Displat algorithm, interpolatie dot join Windows mode

KaHo Sint-Lieven


32


Pre-trigger

• Het signaal wordt op het display getoond voor het trigger moment

KaHo Sint-Lieven


33


Post-trigger

• Het signaal wordt getoond op het display na het trigger moment – wanneer het trigger moment volledig van het scherm is verdwenen spreekt men van post trigger delay mogelijkheid. • Bij post trigger delay zal na de trigger flank wordt een post trigger delay timer gestart. Deze kan geset worden om een volledige cyclus duur te tellen • Het is een zeer stabiele kristal oscillator

KaHo Sint-Lieven


34


Trigger postionering

• ‘Trigger positie control’ kan het trigger positie verschuiven over het scherm of over de ganse acquisistie record. • Bij sommige scopes kan de positie enkel worden gezet op een beperkt aantal voorgeprogrammeerde waarden

KaHo Sint-Lieven


35


Glitch capture

• Bij een analoge scoop kunnen we spike enkele zien als ze repetitief en synchroon met het hoofdsignaal lopen • En bij een DSO? Niet noodzakelijk zichtbaar – Als een glitch smaller is dat de tijdbasis resolutie = geluk – Peak detectie of glitch detector (glitch capture) is bij digitale scopes het antwoord hier op

KaHo Sint-Lieven


36


Glitch capture – Peak detectie of glitch detector (glitch capture) is ook heel bruikbaar bij het opmeten van AM golfvormen

KaHo Sint-Lieven


37


Speciale triggering

• Zoals: – Patroon triggering: een aantal lijnen b.v. vier kunnen worden getoond en op een patroon van die digitale lijnen kan worden getriggerd – State triggering: er wordt getriggerd op basis van een extern digitale klok en een ‘user programmed trigger’ – Glitch triggering: – Time qualified triggering – Event delay – N-cycle

KaHo Sint-Lieven


38


Speciale triggering

• Zoals: – Time qualified triggering: – Event delay: – N-cycle:

KaHo Sint-Lieven


39


Waveform storage

KaHo Sint-Lieven


40


Display algoritme, interpolatie dot join

• Windows mode

KaHo Sint-Lieven


41


Windows mode

KaHo Sint-Lieven


42


Overzicht

9 9 • •


KaHo Sint-Lieven


43

Automatische meten en verwerken




• Meten • Digitaal signaal processing – – – – – – – – –

KaHo Sint-Lieven

Averaging increases the resolution Envelop mode Digital filtering Waveform coparison en template testing Fft Multiplication Integration Differentiation Power measumrent dissippation


45


Meten

KaHo Sint-Lieven


46


Digitaal signaal processing – – – – – – – – –

KaHo Sint-Lieven

Averaging increases the resolution Envelop mode Digital filtering Waveform coparison en template testing Fft Multiplication Integration Differentiation Power measurenent dissippation


47


Digitaal signaal processing – Averaging increases the resolution

KaHo Sint-Lieven


48


Digitaal signaal processing – Averaging increases the resolution – Envelop mode

KaHo Sint-Lieven


49


Digitaal signaal processing – – – – –

KaHo Sint-Lieven

Averaging increases the resolution Envelop mode Digital filtering (beperken van de bandbreedte) Waveform comparison en template testing Fft


50


Digitaal signaal processing – – – – – – – – –

KaHo Sint-Lieven

Averaging increases the resolution Envelop mode Digital filtering Waveform coparison en template testing Fft Multiplication Integration Differentiation Power measurenent dissippation


51


Overzicht

9 9 9 •


KaHo Sint-Lieven


52

Interfacing



Interfacing

• Interfacing • Printers plotters hardcopy • Making single shot fenomeen repetitief

KaHo Sint-Lieven


54

Tot slot


Tot slot

Analoog, digitaal of beiden

• • • • •

Inleiding Het eenvoudig repetitief signaal Complexe repetitieve signalen Niet repetitieve signalen en transients Analoog, digitaal of beiden

KaHo Sint-Lieven


56

Tot slot

Inleiding

• • • •

Het eenvoudig repetitief signaal Complexe repetitieve signalen Niet repetitieve signalen en transients Analgo digitaal of beiden

KaHo Sint-Lieven


57

Tot slot

Het eenvoudig repetitief signaal

• Inleiding • Complexe repetitieve signalen • Niet repetitieve signalen en transients • Analoog, digitaal of beiden

KaHo Sint-Lieven


58

Tot slot

Complexe repetitieve signalen

KaHo Sint-Lieven


59

Tot slot

Niet repetitieve signalen en transients

KaHo Sint-Lieven


60

Tot slot

Tot slot: Analoog, digitaal of beiden

• Voor sommige toepassingen is een analoge scoop te prefereren terwijl voor andere toepassingen de beste keuze een DSO is. • Beste keuze: Combiscoop

KaHo Sint-Lieven


61

De digitale Oscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope = DSO) J.P.Goemaere KaHo Sint-Lieven 2006

Recommend Documents