Digitális Átviteltechnika Laboratórium
SZTOCHASZTIKUS JELEK ANALIZÁLÁSA DIGITÁLIS OSZCILLOSZKÓPPAL
mérési útmutató
2
3
1. TARTALOMJEGYZÉK 1. Tartalomjegyzék ....................................................................................................................3 2. Összefoglalás .........................................................................................................................5 3. Elméleti háttér ...................................................................................................................... 6 3.1. Híradástechnikai jelek vizsgálata ............................................................................. 6 3.2. Valószínűségszámítási fogalmak ........................................................................... ..6 3.2.1. Az eloszlásfüggvény ...................................................................................... ..6 3.2.2. A sűrűségfüggvény ........................................................................................ ..8 3.2.3. A momentumok ............................................................................................. ..9 3.2.4. A korrelációs együttható ................................................................................ 10 3.3. Sztochasztikus folyamatok .................................................................................... 10 3.3.1. Sztochasztikus folyamatok típusai ................................................................. 11 3.4. Mérések sztochasztikus jeleken ............................................................................. 12 3.4.1. Az amplitúdó-eloszlásfüggvény .................................................................... 12 3.4.2. Az autokorrelációs függvény ......................................................................... 12 4. A Waverunner 6030 oszcilloszkóp rövid ismertetése ....................................................... 13 4.1. A WaveRunner 6000 sorozat tagjai ....................................................................... 17 4.2. A vizsgált jel mintavételezése ................................................................................ 17 4.3. Passzív mérőfej ....................................................................................................... 18 4.4. A SMART Trigger® ............................................................................................... 18 4.5. Az X-Stream™ technológia ................................................................................... 18 4.6. Opcionális hullámforma-elemző csomagok ........................................................... 20 5. A WaveRunner 6030 oszcilloszkóp használata................................................................. 21 5.1. Előlapi kezelőszervek ............................................................................................. 21 5.1.1. Az előlap nyomó-és forgatómbjai ................................................................. 21 5.2. Eszközsorok, ikonok és párbeszédablakok............................................................. 24 5.2.1. A menüsor gombjai......................................................................................... 24 5.2.2. A kijelző gombjai és az előlapi nyomógombok kapcsolata ........................... 25 5.2.3. Párbeszéd-panelek .......................................................................................... 25 5.2.4. A funkciók elérésének egyéb módjai ............................................................. 26 5.3. Nézet címkék .......................................................................................................... 27 5.4. Nézetek bekapcsolása ............................................................................................ 28 5.5. Függőleges beállítások és a csatornavezérlők ........................................................ 29 5.5.1. Az érzékenység beállítása .............................................................................. 29 5.5.2. A hullámforma pozicionálása......................................................................... 29 5.5.3. Csatolás........................................................................................................... 29 5.6. Az időalap beállításai .............................................................................................. 30 5.6.1. Alapvető beállítások....................................................................................... 30
4
5.6.2. Csatornák összefésülése ................................................................................. 30 5.7. Triggerelés .............................................................................................................. 31 5.7.1. Egyszerű triggerelések .................................................................................... 31 5.7.2. SMART (INTELLIGENS) Triggerek............................................................33 5.8. Megjelenítési formátumok ......................................................................................34 5.8.1. A megjelenítés beállítása ............................................................................... 34 5.8.2. Szekvenciális kijelzés .....................................................................................34 5.8.3. Jelkitartás beállítása ....................................................................................... 35 5.8.4. Hullámformák nagyítása ................................................................................ 35 5.8.5. Nyomtatás és fájl-menedzsment .................................................................... 36 5.9. Mérések végzése az oszcilloszkóppal .................................................................... 36 5.9.1. Mérés kurzorokkal ......................................................................................... 36 5.10. Paraméter-elemzés ............................................................................................. 37 5.10.1. Paraméterek alakulásának mérése ................................................................. 37 5.11. Hisztogramok ..................................................................................................... 38 5.11.1. Egyparaméteres hisztogram beállítása ........................................................... 38 5.11.2. A hisztikonok ................................................................................................ 39 5.12. Hullámforma-matematika .................................................................................. 39 5.12.1. Matematikai beállítások ................................................................................. 39 5.12.2. Hullámformák átlagolása ............................................................................... 40 5.12.3. Interpoláció .................................................................................................... 40 5.12.4. FFT ................................................................................................................. 40 6. AMATLAB program használata a műszeren .................................................................... 41 6.1. A MATLAB telepítése ........................................................................................... 41 6.2. Hullámforma funkció kiválasztása ........................................................................ 42 6.3. A „MATLAB Waveform" vezérlőpanel................................................................. 45 6.4. Példa a MATLAB Függvényszerkesztőjének használatára .................................... 45 6.5. Példa a MATLAB hullámforma-megjelenítésére ................................................... 48 6.6. MATLAB paraméter funkció kiválasztása ............................................................. 49 6.7. A „MATLAB Paraméter" vezérlőpanel ................................................................ 50 6.8. A MATLAB Paraméterszerkesztője ....................................................................... 51 6.9. Példa a „MATLAB Paraméter" vezérlőpanelhez ................................................... 52 6.10. További példák a MATLAB Hullámforma Függvényekre ................................ 53 6.11. Saját MATLAB függvény készítése ................................................................... 56 7. Mérési feladatok…………………………………………………………………………………57
5
2. ÖSSZEFOGLALÁS
A mérés célja egy új típusú digitális tároló oszcilloszkóp gyakorlati oktatásban való használata és alkalmazása bonyolult matematikai feladatok elvégzésére. Először áttekintjük a szükséges elméleti hátteret, alapvető szinten, bizonyítások nélkül, mivel a mérési útmutató terjedelme nem teszi lehetővé annak bővebb fejtegetését. Az elméleti rész azokat a fontosabb tudnivalókat foglalja össze, amelyek szükségesek a műszer gyakorlati használatához, sztochasztikus folyamatok vizsgálata esetén. Az alapvető valószínűségszámítási ismereteket alapul véve, így azokat nem taglalva kerülnek bemutatásra először az egyszerűbb statisztikai jellemzők, majd a sztochasztikus függvények jellemzéséhez szükséges függvények. A következő lépésben az oszcilloszkóp jellemzőinek áttekintése történik. Itt kerülnek részletezésre a műszer műszaki paraméterei, valamint újdonságai. A műszer paramétereinek és funkcióinak ismertetése után az oszcilloszkóp gyakorlati használatához szükséges információk találhatók. Ez az alapvető kezelőszervek bemutatásával kezdődik, majd a képernyő menüinek használatán át mutatja be az oszcilloszkóp használatának egyes lépéseit, néhány, a gyakorlatban legsűrűbben használt menüpontot részletesebben taglalva. A leírás végén bemutatásra kerül a MATLAB program használatának módja az oszcilloszkópon. A MATLAB számos függvénye használható anélkül, hogy külön külső programként kellene azt elindítani. Segítségével számos olyan mérés is elvégezhető, amelyek régebben csak több műszerrel voltak lehetségesek, vagy egyáltalán nem. Megjeleníthetők az azelőtt csak a táblán, vagy papíron, illetve az elméleti szakirodalmakban létező függvények valóságos képei. Ez sokat segít a hallgatóknak az elméleti anyagrész gyakorlatban való alkalmazásában.
6
3. ELMÉLETI HÁTTÉR
3.1. Híradástechnikai jelek vizsgálata A híradástechnikában használt jelek, speciális esetek kivételével, általánosságban véve sztochasztikus jeleknek tekinthetők, mivel nem tudjuk előre meghatározni azok pontos matematikai alakját, sőt, esetenként semmit nem tudunk a majdani viselkedéséről. Statisztikát viszont bármely mérhető dologról lehet készíteni. A híradástechnikai rendszerek kutatói az 1940-es években felismerték, hogy a gyakorlatban előforduló jelek vizsgálatára célszerű azokat olyan véletlen jelekkel közelíteni, amelyek statisztikai jellemzői megegyeznek a vizsgálandó jelével. Ezért a statisztikai valószínűségek segítségével vizsgáljuk őket. A híradástechnikai jelek gyakorlati jellemzésére általános esetben három függvényt használunk: • • •
az amplitúdó-eloszlás függvényt, az autokorrelációs függvényt, és a teljesítmény-sűrűség spektrumot.
Természetesen ezek a jellemzők korántsem mondanak el mindent a vizsgált jelről, a mérnök azonban általuk rálátással rendelkezik a jel bizonyos tulajdonságaira, és sok esetben messzemenő következtetéseket tud levonni azok alapján egy rendszert illetően. Ezekhez azonban szükséges az említett fogalmak ismerete is. Az ezzel kapcsolatos tudásanyag hatalmas, azonban egyszerűbb mérések elvégzéséhez sokszor elegendő az elméleti háttér részleges ismerete is. Különösen igaz ez napjainkban, amikor a régen oly' bonyolult mérések nem egyszer lényegesen leegyszerűsödnek számítógép használatával. Olyannyira, hogy aminek régebben csak az átlagértékét tudtuk például vizsgálni, ma esetleg a teljes körű analízisét elvégezhetjük. Ez nemcsak a műszerek pontosságának növekedése miatt van így, de szerepet játszik ebben a magas fokú automatizáltság is. A régebbi szakirodalmakban [1] nem egyszer hivatkoznak arra, hogy a vizsgált jel regisztrátumának ismeretében mennyi minden egyszerűbb lenne. Nos, manapság ez a regisztrátum, illetve annak elég jó közelítéssel pontos formája rendelkezésünkre áll, a digitális tároló oszcilloszkópok mérésadat-gyűjtései által. így rengeteg felesleges „trükközéstől" megkíméli magát a mérnök-társadalom, valamint az egy lépésben történő mérésadatgyűjtés és az adatok számítógéppel történő analízise sokszor nagyságrendekkel megnöveli a mért értékek pontosságát. Bár a mai módszereknek is megvannak a maguk korlátjai, fontos, hogy kevesebb befektetett munkával pontosabb, és ami manapság egyre inkább meghatározó: megfizethetőbb eredmények produkálhatok, ami összességében hatalmas fejlődést jelent. A szakdolgozatnak nem célja átfogó valószínűség-számítási ismeretek nyújtása, de a WaveRunner 6000 sorozatú oszcilloszkópok jó gyakorlati kihasználásához elengedhetetlen azok alapvető tárgyalása.
7
3.2. Valószínűségszámítási fogalmak 3.2.1. Az eloszlásfüggvény Egy valószínűségi változó eloszlásfüggvénye annak az eseménynek a valószínűségét adja meg, hogy a valószínűségi változó egy megadott számértéknél nem nagyobb. Fontos megjegyezni, hogy maga a valószínűségi változó is jól maghatározott fogalom, melynek bizonyos tulajdonságai definiáltak, illetve bizonyítottak. Ám ezekre a szakdolgozat a már említett okokból nem tér ki. Hogyan jelentkezik az eloszlásfüggvény a gyakorlatban? A híradástechnikai rendszerekben az egyik leggyakrabban mért mennyiség a feszültség. Mivel a pillanatnyi feszültség, a vizsgált jel sztochasztikus jellege miatt előre nem meghatározható bármely t időpontra, ezért azt csak egy valószínűséggel jellemezhetjük, hogy a vizsgált feszültség mekkora valószínűséggel vesz fel egy bizonyos értéket. Ám az eloszlásfüggvény definíciója szerint egy megadott számértéknél kisebb, vagy egyenlő előfordulásokat vizsgálunk. így egy vizsgáitjei esetében, lévén az oszcilloszkóp alapvetően feszültség-mérő műszer, célszerű a feszültség-szintet valószínűségi változónak tekinteni. Tehát a mérés során annak a valószínűségét vizsgáljuk, hogy a mért jel szintje egy beállított x feszültségértéknél nem nagyobb. A szakzsargonban ezért szokás ezt „aláesési valószínűség"-nek is nevezni.
Hogy néz ki egy eloszlásfüggvény a gyakorlatban? Mivel a definícióban egy előre rögzített számérték szerepel, ennek függvényében megjeleníthető az eloszlásfüggvény alakulása. Ez a gyakorlatban a 3.1. ábrán látható görbéhez hasonló függvényt eredményez:
x
3.1. ábra
8
Az eloszlásfüggvény gyakorlatban fontos tulajdonságai az alábbiak, definíció-szerűen: • •
•
az eloszlásfüggvény monoton nő, azaz x függvényében értéke növekszik, vagy konstans, az eloszlásfüggvény, miután valószínűségeket ábrázol, alulról 0-val, felülről 1-gyel korlátos, képletekkel kifejezve:
az eloszlásfüggvény jobbról folytonos, azaz
Ez utóbbi azt jelenti, hogy ha a függvénynek egy helyen szakadása van, akkor azon a helyen az értéke megegyezik a jobbról vett határértékével. Ez a tulajdonság a definícióban szereplő „nem nagyobb" feltétel következménye. A gyakorlatban még fontos lehet, hogy egy érték túllépésének valószínűsége megadható az l-F(x) függvénnyel, mivel az érték túllépése a „nem nagyobb" kitételnek éppen a komplementer eseménye. 3.2.2. A sűrűségfüggvény Az eloszlás jellemzésére használható másik hasznos függvény a sűrűségfüggvény, amely definíció szerint az az f(x) függvény, amelynek általános integrálja az eloszlásfüggvény:
A sűrűségfüggvény főbb tulajdonságai: • a tartományba esés valószínűsége a sűrűségfüggvény alatti területtel egyenlő:
•
a sűrűségfüggvény alatti teljes terület értéke 1.
Nem árt tudni, hogy a gyakorlatban, a WaveRunner 6000 sorozatú oszcilloszkópokon ez rendkívül egyszerűen jeleníthető meg: az egyes értékek előfordulásának valószínűségét hisztogrammal szemléltethetjük, amely nem más, mint az eloszlásfüggvény deriváltja, más szóval a sűrűségfüggvény, azaz az f(x).
9
3.2.3. A momentumok Bizonyos esetekben szükség lehet számszerű értékek ismeretére, amelyek a vizsgált függvényre jellemzőek, ám a megismert eloszlás- és sűrűségfüggvények erre nem alkalmasak, függvény mivoltuknak köszönhetően. Ezek az egyszerű számértékek a momentumok. A momentum általános formája Egy momentumhoz általános esetben úgy juthatunk hozzá, hogy x változó valamely általunk választott h(x) függvényének az f(x) szerinti súlyozott átlagát vesszük:
A várható érték Ha h(x) helyére a legegyszerűbb esetet, a h(x)=x-et választjuk, akkor a várható értéket kapjuk eredményül, amelynek képlete:
A másodrendű momentum A másodrendű momentum esetében h(x)=x az alkalmazott helyettesítés.
A szórásnégyzet Sokszor mért mennyiség a szórás, vagyis a várható értéktől való átlagos eltérés mértéke. Ezt a négyzetével szokás kifejezni, ezért beszélhetünk szórásnégyzetről:
Ez levezethető módon, amely most nem kerül részletezésre, ekvivalens a következő felírási móddal:
10
3.2.4. A korrelációs együttható A korrelációs együtthatót a szakirodalomban [1] két különböző függvény kapcsolatának vizsgálatakor vezeti be a Szerző. E szakdolgozat hely hiányában csak definíciószerűen közli azt, rövid magyarázattal:
A képlet megadja egy x és egy y valószínűségi változó lineáris összerendeltségének kapcsolatát (r). Az x és y alkalmasint egy-egy időfüggvény értékei is lehetnek. A korrelációs együttható jellemzői: • • •
-1 < r < 1 r akkor és csak akkor egyenlő ±l-gyel, ha a két valószínűségi változó lineáris kapcsolatban van egymással, ha a két valószínűségi változó független, akkor r=0. A kijelentés fordítottja nem feltétlen igaz, ekkor csak annyit tudunk, hogy a két valószínűségi változó korrelálatlan.
•
3.3. Sztochasztikus folyamatok
A sztochasztikus folyamatok jellemzője, hogy véletlenszerű, véletlen időfüggvények sokaságából tevődnek össze. Ezért jellemzésük rendkívül bonyolult, mivel nemcsak, hogy nem ismerjük, hogy a kiválasztásra kerülő időfüggvény mely időfüggvény lesz, de még annak viselkedését sem ismerjük, mivel véletlen tényezőt tartalmaz. Hiába áll rendelkezésünkre az időfüggvények egyikének regisztrátuma, nem tudhatunk konkrétumot a későbbiekben kiválasztásra kerülő időfüggvényről és annak majdani viselkedéséről. Ennek ellenére bizonyos paraméterek meghatározhatók az időfüggvénnyel kapcsolatban, a rendelkezésre álló tudásanyag birtokában, hogy az, bizonyos valószínűséggel, milyen statisztikai paraméterekkel fog rendelkezni. A későbbiekben ezek a valószínűségek kerülnek értelmezésre. A gyakorlatban a helyzet az, hogy sokszor egyetlen időfüggvény áll csak rendelkezésre. Ekkor kétféle módszerhez folyamodhatunk: Egyik szerint a rendelkezésre álló ismeretek alapján hasonló jellegű függvények valamelyikével közelítjük a vizsgálandó függvényt (pl. azonos típusú, ám két különböző forrás jele). Ha azonban ez nem lehetséges, mert egyszeri folyamatról van szó, akkor ennek az időfüggvénynek különböző, kellően megválasztott szakaszai tekinthetők külön-külön időfüggvényeknek. A jellemzők bemutatása a következő csoportosítás szerint történik.
11
3.3.1. Sztochasztikus folyamatok típusai A sztochasztikus folyamatok az alábbi csoportosításokban osztályozhatók: 1. Sztochasztikus jelleg szerint létezhet: - teljesen sztochasztikus folyamat (valódi véletlen jelenségek; pl. termikus zaj) - „determinálható" sztochasztikus folyamat, amelynél véges számú mérés segítségével meg lehet határozni a realizáció jövőbeni viselkedését. Bár az egyes realizációk egymástól eltérnek, azok jövője a múltjukból (kezdőparamétereik ismeretében) meghatározható. Tehát maga a jel periodikus ugyan, ám például a frekvenciája, a kezdőfázisa és az amplitúdója realizációnként más és más. Ekkor a kezdeti paraméterek csoportjának véletlen értékei teszik a jelet sztochasztikussá 2. x és t értékkészlete szempontjából az alábbi négyféle folyamat képzelhető el: -
folytonos sztochasztikus folyamat, melynél mind az idő (t), mind az idő függvényében vett x értékkészlete folytonos (analóg jel), - diszkrét sztochasztikus folyamat, amelynél az idő folytonos, de a felvehető x értékek diszkrétek (pl. TTL-szintek), - folytonos idősor esetében az idő diszkrét, de x folytonos (pl. a mintavételezés előtt álló jel, ahol a mintavételi időpontok diszkrétek, a jel folytonos), - diszkrét idősor (mintavételezés utáni, digitalizált jel). 3. Valószínűségi szempontok alapján való felosztás (stacionaritás és ergodicitás szerint): - Általános sztochasztikus folyamatok. Ezeknek statisztikai paraméterei is időfüggők, jóslásokba egyáltalán nem lehet bocsátkozni velük kapcsolatban. Egy regisztrátumuknak (egy t i időpontban készített valamely realizáció) a paraméterei elemezhetők, ettől függetlenül, ám ennek az elemzésnek főleg elméleti jelentőssége van. -
Gyakorlati szempontból fontosabb csoportot alkotnak a stacionárius sztochasztikus folyamatok. Ezeknek két újabb alcsoportja létezik: A: gyengén stacionárius folyamatok, amelyek elsőrendű eloszlásának várható értéke állandó, illetve autokorrelációs függvénye csak a két időpont közötti távolságtól függ B: erősen stacionárius folyamatok, amelyekre igaz, hogy az összes valószínűségi tulajdonsága függetlenek az időeltolástól. Ezeknek bármely n-ed rendű eloszlásfüggvénye, sűrűségfüggvénye és összes momentuma, így az autokorrelációs függvénye is csak a t1 és t2 időpontok távolságától függ.
- Ergodikus sztochasztikus folyamatok. Ezekre igaz, hogy valamennyi statisztikai tulajdonsága egyetlen realizációjából 1 valószínűséggel meghatározható. Ez azt jelenti, hogy egyrészt biztosan stacionárius is, másrészt a következő tulajdonságokkal bír: Amplitúdó-eloszlása meghatározható egyetlen realizációjából is, ami a többi realizációra is igaz lesz. Az elsőrendű eloszlás momentumai megegyeznek a mérhető időátlagokkal (így azokkal felcserélhetők).
12
Az autokorrelációs függvény is kifejezhető időátlaggal
Ez utóbbi tulajdonsága méréseknél rendkívül jól felhasználható. 3.4. Mérések sztochasztikus jeleken 3.4.1. Az amplitúdó-eloszlásfüggvény A sztochasztikus folyamatoknál eloszlásfüggvényt vizsgálva az eloszlásfüggvény stacionárius esetben annak a valószínűségét adja meg, hogy a t időtengelyen választott tetszőleges időpontban a jel pillanatnyi amplitúdója mekkora valószínűséggel esik az előre kijelölt x értékre, vagy az alá. Ez más megközelítésben azt adja vissza, hogy a jel amplitúdója az idő 100F(x) %-ában nem nagyobb x-nél. A WaveRunner 6000 sorozat esetében az eloszlásfüggvény kiszámításához használható a MATLAB cdf( ) függvénye, amely a kívánt formában nyújtja az eloszlásfüggvényt. WformOut = cdf(Wformln) Az előbbi példa nagyon jól szemléltette, hogy a viszonylag nagy elméleti háttérrel rendelkező eloszlásfüggvény miként jelenik meg egy modern oszcilloszkópban, remekül szemléltetve a mérést végző személy számára egy egysoros (!) programmal a régen számos méréssel, illetve transzformációval járó meghatározást. A gyakorlati oktatás szempontjából ez óriási dolog. 3.4.2. Az autokorrelációs függvény A gyakorlati jellemzés szempontjából fontos az autokorrelációs függvény. A korrelációs együttható tárgyalásánál kiderült, hogy az két valószínűségi változó lineáris összerendeltségének mértékét adja. Az autokorrelációs függvény esetében az „autó" előtag arra utal, hogy e két valószínűségi változó ugyanazon a sztochasztikus folyamaton lett értelmezve, vagyis tekinthető úgy, mint a vizsgált függvény lineáris előrejósolhatóságának mértéke T különbségi idő függvényében. Az autokorrelációs függvény definíciója:
A gyakorlati mérések esetében használható képlet:
azaz a jel és annak késleltetett értének konvolúciója.
13
4. A WAVERUNNER 6030 OSZCILLOSZKÓP ISMERTETÉSE
A LeCroy cég új generációs oszcilloszkópja rengeteg jó tulajdonsággal rendelkezik, amelyek közül nagyon soknak hasznát lehet venni az oktatásban is. • • • • •
A jól megtervezett, kétszintű felhasználói felület könnyen elérhetővé teszi a gyakran használt funkciókat - és a mélyebb elemzéshez csak további két érintés szükséges. A robosztus adatgyűjtő technológia garantálja a hullámformák mérésének pontosságát. A korlátlan elemzési képesség rugalmasan követi az igényeket, kiküszöbölve a berendezés elavulását. Új passzív mérőfej, alacsony kapacitásával és lapos impulzus-válaszával. A legteljesebb garancia és a létező leghosszabb élettartam-garancia.
4.1. ábra
1. A beállítások megváltoztatása A beállítások megváltoztatásához csak meg kell érinteni a képernyőt egyszer. Amellett, hogy a leíró-mezők átfogó információkkal szolgálnak az oszcilloszkóp beállításairól és állapotáról, meg is lehet érinteni azokat, hogy megjelenjen egy beállítási párbeszédablak a beállítások megváltoztatásához.
14
2. Elemzések végzése Az elemzések végzéséhez két érintés szükséges. A jel időzítési jellemzőinek megtekintéséhez csak meg kell érinteni a „Measure" {mérés) és a „Horizontal" (vízszintes) címkéket. A matematikai, hisztogram, statisztikai és egyéb elemző eszközök mind legfeljebb két érintéssel elérhetők.
4.2. ábra
3. Külön függőleges kezelőszervek Minden csatorna rendelkezik saját Volt/osztás (V/div) vezérlőgombbal. Bármely csatorna vezérelhető a gomb elforgatásával - elkerülve ezáltal az egy V/div gomb multiplexálásának szükségességét a négy csatornára. .
15
4. Kurzorgombok Gyors mérések végzéséhez csak el kell fordítani a kurzor-gombot és felbukkan egy pár függőleges kurzor az időzítési kapcsolatok mérésére és a hullámforma gyors jellemzésére. 5. Zoom (nagyítás) vezérlőgombok A jel kinagyításához csak meg kell nyomni a QuickZoom (gyors-nagyítás) gombot. Négy külön gomb (zoom /nagyítás/ és offset /eltolás/ vízszintes és függőleges irányokban) könnyíti meg bármely jel követését. Gyorsan lehet közelíteni az átfogó kapcsolatokról a perc-szintű részletekre. 6. Megnyomható forgatógombok A hullámalak elvesztésekor csak meg kell nyomni az „offset" (eltolás) gombot. A szkóp azonnal lenullázza az eltolást, visszaállítva a hullámformát a képernyő közepére, ahol az tisztán látszik. Az eltolás visszaállításához csak újra be kell nyomni a gombot. Hasonló nyomógombos funkciók teszik lehetővé a trigger-szint, a nulla késleltetés beállítását és a nagyítás visszaállítását. 7. USB port Az előlapon található USB port és a hátlapon található további négy segítségével gyakorlatilag végtelen számú plug-n-play perifériát és memóriaeszközt lehet csatlakoztatni. Prémiumszolgáltatás: memory stick (USB csatolófelületű szilárdtestháttértár) használatakor a beállítások gépről-gépre átvihetők, és a beállítások automatikusan bekerülnek a célgépbe csatlakoztatáskor.
16
4.3. ábra
8.
PP007 Passzív mérőfej Ez az új mérőfej tökéletes az általános felhasználási célokra - csak 2,5 mm-es és alacsony a kapacitása, valamint lapos az impulzus-válasza
4.4. ábra A WaveRunner 6000 sorozat asztali szkópjai 350 MHz-től 2 GHz-ig terjedő sávszélességet biztosítanak, 5-10 GS/s (Giga-minta per másodperc) mintavételezéssel. Az alapfelszereltségbe tartozó memória-hossz 1Mpt (1 Mega-pont), ami csatornánként 12 Mptra bővíthető, interleaved (összefésüléses) üzemmódban pedig 24 Mpt-ra Ez a teljesítmény messze a régi technológiájú oszcilloszkópok ára alatt áll rendelkezésre. Tehát, még szűkös költségvetés mellett is megfizethetővé válik a csúcstechnológia nyújtotta megbízhatóság.
17
4.1. A WaveRunner 6000 sorozat tagj ai TÍPUS Sávszélesség Csatornák SR: Minden csatorna SR: Interleaved {összefésült) Memória: Minden csatorna Memória:Max. Opcionális
WR6030 WR6050 WR6051 WR6100 WR6200 350 MHz 500 MHz 500 MHz 1 GHz 2 GHz 4 4 2 4 4 2.5 GS/s 5 GS/s 5 GS/s 5 GS/s 5 GS/s 5GS/s N/A N/A 10 GS/s 10 GS/s 1 Mpt (2 Mpt összefésülve) 12 Mpt (24 Mpt összefésülve)
4.2. A vizsgált jel mintavételezése A WaveRunner 6000 sorozatot ugyanaz a SiGe technológia szolgálja, amelyet a LeCroy nagyteljesítményű WaveMaster oszcilloszkópjaiban is használnak. A magas mintavételi frekvenciák alacsony dzsitterrel (tipikus értéke 3 ps) és ultra-stabil órajellel (±5 ppm) párosulnak, olyan időbeli felbontást eredményezve, amelyek vetekednek a kétszer drágább oszcilloszkópokéval. Milyen mértékű túlmintavételezés (Mintavételi sebesség/Sávszélesség) szükséges? A vélemények eltérőek, de a LeCroy elemzései azt mutatják, hogy a válaszok a 3x-10x tartományba esnek, attól függően, hogyan interpolálják és nézik az adatokat*. A nem elégtelen túlmintavételezés torzult hullámformákat eredményez.
Mintavétel/Sávszélesség
4.5. ábra
A 4.5. ábrán egy más megközelítés látható. A felfutási idő konzisztenciája (alacsony normális szórás) javul, ahogy a túlmintavételezés közelít az 5x-ös értékhez, majd jelentősen csökkennek az 5x-ös érték felett. Az alkalmazás feltételeitől függetlenül, a WaveRunner 6000 sorozat rendelkezésre bocsát elegendő adatgyűjtési sávszélességet, hogy a legkritikusabb mérések biztonsága is garantált lehessen. *Részletesen:„Interpolation on your DSO", Pupalaikis, 2003
18
4.3. Passzív mérőfej Az új PP007 500 MHz-es passzív mérőfej a WaveRunner 6000 sorozat alaptartozéka. Csak 2,5 mm-es méretével a PP007 lehetővé teszi szűkös helyeken is a mérést más eszközök érintése nélkül. Az alacsony kapacitás (<9,5 pF) és a lapos impulzus-válasz biztosítják, hogy a jel tökéletes állapotban kerüljön a WaveRunner jó minőségű előerősítőjébe. A mérőfej több mint 30 tartozékkal kompatíbilis. Ez rendkívül praktikussá teszi számos alkalmazásban. A PP007 csak egy a LeCroy több mint 25 passzív, aktív, áram- és differenciál-mérőfeje közül, amelyek kompatíbilisek a WaveRunner 6000-rel.
4.4. A SMART Trigger® A WaveRunner 6000 SMART Trigger funkciója megteremti a rugalmas lehetőséget bizonyos jellemzőkre vagy jelalakokra történő gyors triggerelésre. Akár abnormális jelalakokra is lehet triggerelni egy gombnyomással. A kizárási funkció lehetőséget teremt olyan jelekre való triggerelésre, amelyek akár belül, akár kívül esnek egy bizonyos impulzusszélesség-tartományon. Többféle küszöbérték és impulzusszélesség megválasztásával gyorsan és könnyedén befogható a megjelenítendő és mérendő hullámforma A WaveRunner 6000-es szkópok memóriája események ezreit tárolja, amelyek igény szerint kinyerhetők megtekintésre. A jel története visszajátszható, kereshető befogásrólbefogásra és megállítható, ha valami érdekes látszik.
4.5. Az X-Stream™ technológia Az X-Stream Technológia lehetőséget teremt az SDA (soros adatelemző) számára olyan fejlett soros elemzés lefolytatására, ami minden eddigi műszerhez viszonyítva példátlan. Az X-Stream Technológia egy rendkívül gyors adatfolyam (streaming) architektúra adatok kezelésére és elemzésére, amely magas adatáramlási sebességet tesz lehetővé - még abban az esetben is, ha a műszer épp bonyolult méréseket végez. Ez biztosítja a mérnökök gyorsabb munkavégzését, valamint a mért jel-karakterisztikák pontosságának magas szintű megbízhatóságát és az olyan összetett problémák hibaelhárítását, amelyek az új többgigahertzes technológiáknál gyakoriak.
19
Az X-Stream Technológia a mérnökökre való odafigyelésnek és az általuk támadt igények kiszolgálására történt új hardver- és szoftverfejlesztéseknek az eredménye.
Az X-Stream technológia működése Az X-Stream „streaming" (adatfolyam") technológia lehetővé teszi 10-100x gyorsabb elemzés végrehajtását az adatátvitel és a számítási idők minimalizálásával. A LeCroy szabadalmaztatott CMOS memóriája akár 20 GByte adatot fogad valós időben minden egyes SiGe ADC-től (analóg-digitális átalakítótól), csomagokba rendezi azt, és gyorsan továbbítja az adatokat, kettős nagysebességű csatornákon a CPU felé. A CPU-ban a LeCroy szabadalmaztatott szoftver-algoritmusai „elcsípnek" minden egyes csomagot és a szükséges számításokból sokat végrehajtanak már a CPU első szintű (Ll) gyorsítótárában. Az X-Stream minimalizálja a számítási időt azáltal, hogy elkerüli az adatok és matematikai utasítások RAM-ból történő betöltését (,fetch"). Az X-Stream a Hullámforma Elemzést (WaveShape Analysis) az SDA-ban lehetővé tevő technológia.
4.6. ábra
20
4.6. Opcionális hullámforma-elemző csomagok
Megnevezés Haladó matematikai csomag (Intermediate Math Package) Fejlett matematikai csomag (Advanced Math Package) Fejlsztői illesztőkészlet (Developer's Customization Kit) Prémium elemző csomag (Value Analysis Package) Professzionális elemző csomag (Master Analysis Package) Digitális szűrő csomag (Digital Filter Package) Lemezmeghajtó mérési csomag (Disk Drive Measurements Package) Ethernet teszt csomag (csak WaveRunner 6100 és 62001) (Ethernet Test Package) Dzsitter és időzítés elemzés (Jitter and Timing Analysis) Teljesítménymérő elemzés (PowerMeasure Analysis) Soros adatmaszk csomag (Serial Data Mask Package) USB 2.0 megfelelőségi szoftver (csak WaveRunner 62002) (USB 2.0 Compliance Software) 1
Csomag jelölése WR6-XWAV WR6-XMATH WR6-XDEV WR6-XVAP (XWAV + JTA2)
WR6-XMAP (XMATH + XDEV + JTA2)
WR6-DFP2 WR6-DDM2 WR6-ENET WR6-JTA2 WR6-PMA2 WR6-SDM WR6-USB2
A csomag használható kisebb sávszélességű típusokkal is, de ekkor néhány mérőfunkció nem működik minden jel és minden adatsebesség esetén 2 Használható kisebb sávszélességű típusokkal is, de ekkor csak az USB 1.1 teszt funkciók állnak rendelkezésre. Az USB 2.0 tesztméréséhez WaveRunner 6200 szükséges.
21
5. A WAVERUNNER 6030 OSZCILLOSZKÓP HASZNÁLATA 5.1.
Előlapi kezelőszervek
5.1.1. Az előlap nyomó- és forgatógombok A WaveRunner 6030-as oszcilloszkóp kezelőszerveinek elrendezése az 5.1. ábrán látható.
5.1. ábra A WaveRunner 6000 sorozatú összes oszcilloszkópnál, az előlapi kezelőszervek logikai egységekbe vannak szervezve, analóg és speciális funkciók szerint. Az analóg funkciók nyomógombjai a „Horizontal", „Trigger" és „Vertical" (vízszintes, trigger és függőleges) elkülönített csoportokban helyezkednek el.
22
A numerikus billentyűzet nélküli értékadáshoz csak ki kell választani a beállítandó adatmezőt egy érintéssel, amely ekkor sárga színűre változik, majd az „Adjust" {beállítás) gomb segítségével bevihető a kívánt érték. Alaphelyzetben az „Adjust" gomb durva beállításokat végez (a tizedesponttól balra levő számjegyek), de egyszeri benyomásával finombeállítás is végezhető (tizedesponttól jobbra levő számjegyek). Pontos érték gyors beviteléhez a virtuális billentyűzet használata ajánlott, mely két érintéssel jeleníthető meg a képernyőn. A következő táblázat összefoglalja az előlapi nyomó- és forgatógombok rövid ismertetését:
Trigger gombok: (TRIGGER) LEVEL
A trigger küszöbszintjét állítja be A szint a „Trigger" címkéről olvasható le
Meggátolja a szkóp jelre való triggerelését Triggereli a szkópot egy időtartam elteltével, még abban az esetben is, ha nem történt triggeresemény NORMAL Minden egyes alkalommal triggereli a szkópot, amikor olyan jel jut a bemenetre, amely megfelel a kiválasztott trigger-típus beállításainak Beélesíti a szkópot, hogy egyszer triggereljen (egyszeri adatgyűjtés), SINGLE amikor olyan jel jut a bemenetre, amely megfelel a kiválasztott triggertípus beállításainak Ha a szkóp már be volt élesítve, kikényszerít egy trigger -eseményt Vízszintes gombok (HORIZONT AL) Vízszintesen pozícionálja a jelet a képernyőn, így megvizsgálható a jel DELAY triggerelési időpont előtti része is A Delay állítja be az elő- és utótriggerelési időzítéseket. TIME/DIVISION Beállítja az idő/osztás arányt a szkóp időalapjában (adatgyűjtő rendszer) A LeCroy SMART Memory technológiája automatikusan optimalizálja a memóriát és a mintavételi frekvenciát a maximális felbontás eléréséhez Függőleges gombok (VERTICAL) Egy csatorna függőleges offset-jét (eltolás) állítja be OFFSET VOLTS/DIV A kiválasztott csatorna Volt/Osztás jellemzőjét állítja be (függőleges erősítés) STOP AUTO
23
Csatorna gombok 1,2,3,4
QUICKZOOM (kétállású ……kapcsoló) POSITION
ZOOM POSITION
ZOOM
AUTO SETUP
CURSORS (Kurzorok) ANALOG PERSIST (Analóg Kitartás)
Be-, illetve kikapcsol egy csatornát. Ezek a gombok aktiválják azokat a párbeszéd-paneleket, amelyeken a csatorna beállításai módosíthatók, többek között a csatolást (coupling), erősítést, eltolást. Használhatók még több képernyő-osztás kijelölésére, az erősítés automatikus beállítására (Find Scale), vagy a jel egy nagyításának automatikus megjelenítésére. Kétszeri megnyomással a jelkövetés be- és kikapcsolható. Nagyítás szabályzó gombok (ZOOM CONTROL) Automatikusan megjeleníti legfeljebb négy jelbemenet kinagyított képét, több rácson. Négy bemeneti jel esetén a jelek négy nagyítási képen jelennek meg, mindegyik a saját rácsával. Ez a gomb kikapcsol minden más jelkövetést. Beállítja vízszintes irányban a kinagyított jelrészlet pozícióját. A kinagyított rész színe kiemelten látszik a forrásjelen. A Delay (késleltetés) funkcióval ellentétben a pozíció nincs a trigger-pozícióhoz kalibrálva. Beállítja a vízszintes nagyítás mértékét a kijelölt jelkövetési részre vonatkoztatva Beállítja függőleges irányban a kiválasztott kinagyított jelrészlet pozícióját. Az Offset (eltolás) funkcióval ellentétben a pozíció nincs a 0V-os referencia-ponthoz kalibrálva Beállítja a függőleges nagyítás mértékét a kijelölt jelkövetési részre vonatkoztatva Speciális funkciók gombjai Automatikusan beállítja a szkóp vízszintes időalapját (adatgyűjtő rendszer), a függőleges erősítést és az eltolást, valamint a triggerfeltételeket, sokféle jel megjelenítéséhez. Ezek a gombok szabályozzák a kurzorok elhelyezkedését a hullámformán. A kurzorok a menüben a „Cursors" menüponttal aktiválhatok. A jel háromdimenziós megjelenítését nyújtja: idő, feszültség és egy harmadik dimenzió, amely az előfordulás gyakoriságával áll kapcsolatban, és amely színskálaként (hőkép) vagy intenzitásskálaként jelenik meg.
24
Általános vezérlőgombok
PRINT SCREEN TOUCH SCREEN (kétállású kapcsoló) CLEAR SWEEPS
Kinyomtatja a megjelenített képernyőt egy fájlba, nyomtatóra, a vágólapra vagy hozzácsatolja egy e-mail-hez. Az eszköz és a formátum a „Utilities Hardcopy" párbeszédablakban választható ki. Aktiválja vagy deaktiválja az érintőképernyőt.
Kitörli a több adatgyűjtés által gyűjtött információkat, beleértve a kitartott jelkövetéseket, átlagolt jelkövetéseket, paraméter statisztikákat és hisztikonokat. Hullámforma kiolvasás közben megnyomva megszakítja a kiolvasást.
5.2. Eszközsorok, ikonok és párbeszédablakok 5.2.1. A menüsor gombjai Az oszcilloszkóp menüsorának gombjaival a sűrűn használt funkciók gyorsan és könnyen beállíthatók. A menüsor jobb szélén található gyorsbeállító gomb megérintésekor kinyílik egy beállítási párbeszéd-panel, amely a mellette álló jelkövetés vagy paraméter értékével kapcsolatos. Az említett jelkövetés vagy paraméter az lesz, amelynek a beállítási párbeszéd-ablaka utoljára lett megnyitva. Az „AUTOSETUP" előlapi gomb megnyomását követően ez a gomb jelenik meg „Undo" (Visszavonás) gombként is. A visszaállítás műveletének végrehajtásánál fontos, hogy a visszaállítás legyen az „AUTOSETUP" művelet utáni legelső művelet.
25
A menüsor számos gombja ugyanazokat a funkciókat éri el, mint az előlapi gombok. Ezt a következő táblázat szemlélteti: 5.2.2. A kijelző gombjai és az előlapi nyomógombok kapcsolata
Gomb a kijelzőn
Előlapi nyomógomb
5.2.3. Párbeszéd-panelek A párbeszéd-terület a képernyő alsó harmadát foglalja el. A megjelenítési terület méretének növeléséhez az egyes párbeszéd-dobozok minimalizálhatók a jobb szélükön található „Close" (bezárás) gombbal.
26
5.2.4. A funkciók elérésének egyéb módjai A párbeszéd-panelek és menük eléréséhez sokszor többféle lehetőség közül is választhatunk. Egér és billentyűzet használata Jelen leírás az érintőképernyős működést veszi alapul, de ha egér csatlakozik az oszcilloszkóphoz, akkor az objektumok kézzel való megérintése helyett egérrel is kattinthatunk rájuk. Billentyűzet csatlakoztatása esetén pedig, az használható adatok bevitelére a beépített virtuális billentyűzet helyett. A menüsor gombjainak használata E leírásban szintén a képernyő tetején található menüsor használata az alapértelmezett, de sok párbeszéd-panel esetében a sűrűn használt funkciók elérhetők egy gombsorból, amellyel egy-két lépés megtakarítható. Például a „Channel Setup" {csatorna-beállítás) párbeszéd-panel alján a gombok a következő funkciókat látják el:
A „Measure" [mérés) menüt hívja be. A menüben a csatorna-be állítás párbeszéd-paneljenek elhagyása nélkül választható egy paraméter. A választott paraméter automatikusan megjelenik a rács alatt.
Az éppen megjelenített csatornához készít egy nagyítási nézetet. Behívja a „Math” (matematikai) menüt. A menüben a csatorna-beállítás párbeszéd-paneljének elhagyása nélkül választható egy függvény. Az aktuális csatorna matematikai nézete automatikusan megjelenik a képernyőn. Betölti a csatorna nézetét az első rendelkezésre álló memória-területre ( M1-től M4-ig ). Automatikusan végrehajt egy függőleges átskálázást hogy a jel beleférjen a rácsba. Automatikusan áthelyezi az éppen megjelenített csatorna nézetét a következő rácsra. Ha csak egyetlen rács van a képernyőn, egy új rácsot hoz létre, majd abba mozgatja a nézetet.
Egy másik példa erre a „Measure" (mérés) párbeszéd-panelek alján megjelenő gombok (a paraméterek és matematikai nézetek száma függ a telepített szoftver-opcióktól). Mindegyik gomb egy menüt nyit meg, amelyben kiválaszthatjuk, hogy mely matematikai nézet (F1-től Fx-ig) jelenítse meg a gombokon jelzett függvényeket. E gombok használatával a „Measure" menü elhagyása nélkül lehet beállítani egyéb opciókat.
27
5.3. Nézet címkék A rács alatt függőleges és vízszintes nézet címkék láthatók. Ezek összegzést adnak a csatorna-, az időalap- és a trigger-beállításokról. A beállítások bármelyikének megváltoztatásához csak meg kell érinteni a kapcsolódó címkét és megjelenik a beállítási párbeszéd-panel az adott funkcióhoz.
A nézet címkék a nézet függőleges beállításait mutatják, valamint a kurzor-információkat, ha épp van bekapcsolt kurzor. A címke címsorában kijelzésre kerülnek a (sinx/x, interpolálás, invertálás (INV), fázisforgatás-kompenzáció (deskew DSQ), csatolás (DC/GND), sávszélesség-korlátozás (BWL) és átlagolás (AVG). Ezeknek a kijelzőknek van hosszú és rövid alakja is:
A csatorna-nézet címkék mellett matematikai és paraméter-mérési címkék is megjelennek. A címkék csak a bekapcsolt nézetekre jelennek meg. A „Timebase" (időalap) címke címsora jelzi a trigger-késleltetést. Az idő/osztás és a mintavételi információk láthatók a címsor alatt. A „Trigger" címke címsorában a triggerüzemmód látható: „Autó", „Normál" vagy „Stopped" (leállítva). A címsor alatt a csatolás („DC"), a trigger típusa („Edge", azaz élvezérelt"), a forrás („Cl"), a jelszint („0 mV") és az él iránya („Positive", azaz ,pozitív") jelennek meg. Ez a címke a „TimeBase" és a „Trigger" címkék alatt látható és a vízszintes kurzorok beállítási információit jelzi, ezek közt a kurzorok közti időkülönbséget és a frekvenciát is: x1=1.36762 us dx= 531.07 ns x2= 1.89842us 1/dx= 1.88299 MHz
28
5.4. Nézetek bekapcsolása 1. Egy csatorna nézetének bekapcsolásához az előlapi csatomaválasztó gombok egyikét meg kell nyomni, ekkor megjelenik az adott csatorna nézet címkéje. Miközben a nézet be lett kapcsolva, az aktuális párbeszéd-panel továbbra is a képernyőn marad. A függőleges beállítási párbeszéd-panel megjelenítése a „Vertical" menüsor-gomb segítségével lehetséges, de ekkor még ki kell választani a gördülőmenüből a csatornát:
5.2. ábra 2. Matematikai nézet bekapcsolásához, meg kell érinteti a „Math" gombot a menüsoron, majd a „Math Setup... "-ot a gördülőmenüből. Az „On" (be) jelölőnégyzettel aktiválható a kívánt csatorna. 3. A matematikai függvények, paraméterek és memória-nézetek bekapcsolhatók a „Vertical Adjust" párbeszéd-panel elhagyása nélkül is, a „Vertical Adjust" párbeszéd panel alján látható gombok segítségével. Minden egyes csatorna vagy matematikai nézet felső menüsoron keresztül való bekapcsolásakor a képernyő alján látható párbeszéd-panel automatikusan a kiválasztott funkció függőleges vagy matematikai beállítási párbeszéd-paneljére vált, így a nézet gyorsan beállítható. A kapcsolódó párbeszéd-panel fülén megjelenik a csatorna- vagy matematikai nézet-szám, ami jelzi, hogy az összes kezelőszerv és adatbeviteli mező a kijelölt nézetre vonatkozik:
5.3. ábra
29
5.5. Függőleges beállítások és a csatornavezérlők 5.5.1. Az érzékenység beállítása 1. A „Vertical" (függőleges) menüpont megérintése után ki kell választani a „Channel 1" (1. csatorna) opciót a gördülőmenüből. 2. A nézetet be kell kapcsolni a „Trace On" (nézet be) jelölőnégyzet megérintésével. 3. A kiválasztott csatorna Volt/Osztás gombjának elforgatásával be kell állítani a kívánt érzékenységet. Ezt meg lehet tenni a „Volts/Div" mező megérintése után a megjelenő virtuális billentyűzet segítségével is. Egy harmadik módszer a fel/le nyilak használata 4. A beállított feszültségérték megjelenik a „Volts/Div" mezőben és a nézet címkén: 5.5.2. A hullámforma pozicionálása A hullámforma helyzete a közvetlenül a hullámforma csatornájának kapcsológombja felett található gomb elforgatásával történik. Itt is lehet az „Offset" mező megérintése után értéket bevinni közvetlenül, a megjelenő virtuális billentyűzet segítségével. A függőleges eltolás (offset) nullára állítása az eltolást állító forgatógomb megnyomásával történhet (ezt angol nyelvű felirat jelöli is):
5.4. ábra 5.5.3. Csatolás A szkóp a következő csatolási lehetőségeket nyújtja: • DC 50 Ohm • FÖLD (Ground) • DC 1 MOhm • AC 1 MOhm A csatolás kiválasztásához meg kell érinteni a „Coupling" (csatolás) mezőt és ki kell választani egy csatolási fajtát az előugró menüből.
30
5.6. Az időalap beállításai 5.6.1. Alapvető beállítások Az időalap beállítása az előlapi „Horizontal" (vízszintes) kezelőszervekkel történik, éppúgy, mint az analóg oszcilloszkópok esetében. Az egyéb időalap-beállítások a következőképp történnek: 1. Ki kell választani a „Timebase" (időalap) menüpontot a menüsorról, majd a „Horizontal Setup..." (vízszintes beállítás) opciót a gördülőmenüből. Ekkor megjelenik a „Horizontal" (vízszintes) párbeszéd-panel. 2. Az érték beállítása vagy a „Time/Division" (idő/osztás) adatbeviteli mező megérintésével, a virtuális billentyűzeten történhet, vagy a fel/le nyilak segítségével. 3. A késleltetés beállítása a „Delay" (késleltetés) adatbeviteli mező megérintése után szintén a virtuális billentyűzettel történhet. A késleltetés nullázása gyorsan elérhető a „Set To Zero" (nullára állítás) gomb megnyomásával.
5.6.2. Csatornák összefésülése A csatornák adatai összefésülhetők a mintavételi frekvencia, a memória vagy mindkettő megnövelése érdekében, ha a vizsgált jel teljesebb részletezésére van szükség. A csatornák összefésülésekor a nem összefésült csatornák, mint az EXT BNC, rendelkezésre állnak a triggereléshez, bár nem látszanak. A csatornák összefésülhetők bármely WaveRunner 6000 sorozatú szkópnál, de a mintavételi frekvencia csak az 1 GHz-es és 2 GHz-es típusokon növelhető. Kétcsatornás üzemmódban a 2-es és 3-as csatornák aktívak. „Autó" üzemmódban használható az l-es vagy 2-es és a 3-as vagy 4-es csatorna. Az összefésült csatornákon a maximális mintavételi sebesség megduplázódik, és a mintavételezés hossza jelentősen megnő. A mintavételezés két csatorna kiválasztásával 10 GS/s-ra növelhető bármely kombinációban, kivéve az 1-2, illetve a 3-4 kombinációkat, ahol 5 GS/s a mintavételi sebesség. Ezért célszerű kétcsatornás üzemmódban első bemenetnek az l-es vagy a 2-es csatornát választani, második bemenetnek pedig a 3-as vagy 4-es csatornák valamelyikét.
Az összefésülés beállítása 1. A menüsorból ki kell választani a „Timebase" menüpontot. Ekkor megjelenik a „Horizontal" (vízszintes) párbeszéd-panel. 2. Az „Active Channels" (aktív csatornák) alatt kiválaszthatók a „4", „2", illetve az „Autó" beállítások. A maximális mintavételi frekvencia minden gomb mellett megjelenik.
31
5.7. Triggerelés 5.7.1. Egyszerű triggerelések Élvezérelt triggerelés egyszerű jeleken A műszer számos hullámforma-befogási technikát használ, amelyek segítségével bizonyos beállított jellemzőkre és feltételekre lehet triggerelni. Ezek két csoportba esnek: • •
Élvezérelt triggerelés, alapvető jeltulajdonságok alapján, mint pl. felfutó vagy lefutó él, vagy hold-off {késleltetett trigger) (akárcsak az analóg oszcilloszkópoknál) SMART Trigger® módszerek, amelyek lehetővé teszik egyszerűbb, vagy összetett trigger-feltételek használatát.
• Az élvezérelt triggereket egyszerű jelek esetében érdemes alkalmazni, míg a SMART Triggereket ritka jellemzőkkel bíró jeleknél, pl. glitch-keresésnél. Az élvezérelt triggerelés használata Vízszintes beállítás: A „Horizontal" {vízszintes) kezelőszerv-csoport „Delay" {késleltetés) gombja segítségével beállítható a trigger vízszintes pozíciója. Szokás szerint, a „Delay" mező megérintésével használható az időalap-beállítási párbeszédpanel a virtuális billentyűzettel, közvetlen értékbevitelre. A triggerelés helyét egy marker jelzi a rács alatt:
5.5. ábra
Az utó-triggerelési késleltetést egy balra mutató nyíl jelzi a rácstól balra lefelé:
5.6. ábra Az időérték leolvasható a „TimeBase" címkéről, amely a rácstól jobbra-1 efelé helyezkedik el. Függőleges beállítás: a „TRIGGER" csoportban található „Levél" {szint) gomb elforgatásával beállítható a függőleges küszöbszint. A gomb forgatásával a trigger-forrás, vagy a kijelölt nézet triggerelési szintje állítható be. A trigger-szint határozza meg azt a feszültség-szintet, amelynél a trigger-esemény bekövetkezik: a bemeneti jel szintjében történő olyan változás, amely kielégíti a triggerelési feltételeket. Természetesen itt is használható a már megismert módszer, mely szerint a ,,Level" mezőt megérintve a virtuális billentyűzettel lehet adatokat közvetlenül bevinni. A szint gyors nulla Voltra való állításához csak meg kell érinteni a „Zero levél" {nullszint) gombot, amely közvetlenül a „Coupling" {csatolás) mező alatt található. A rács bal oldalán egy kis nyíl jelzi a küszöbszintet. Ez a nyíl csak akkor látható, ha a trigger-forrás a képernyőn van.
32
Élvezérelt triggerelés beállítása 1. A menüsoron a „Trigger" megérintése után ki kell választani a „Trigger Setup..." (trigger beállítás) opciót a gördülőmenüből. 2. Ki kell választani az „Edge" (él) trigger-gombot a „Trigger" fül alatt.
3. Meg kell érinteni a „Trigger On" {trigger-forrás) mezőt és ki kell választani egy bemenetet a felbukkanó menüből:
5.7. ábra
4. Meg kell érinteni a „Levél" (szint) adatbeviteli mezőt. A megjelenő virtuális billentyűzeten meg kell adni egy értéket millivoltban. Erre használhatók a fel/le gombok is, amelyekkel 1 mV-os lépésekben léptethető az érték. Ezen kívül még rendelkezésre áll néhány előre beállított érték is, amelyekből egy érintéssel gyorsan lehet választani: A „Set to Max." (legnagyobb érték) segítségével egy lépésben kiválasztható a legnagyobb, a „Set to Default" (alapértelmezett érték) segítségével az alapértelmezett, a „Set to Min." (legkisebb érték) által pedig a legkisebb érték. 5. Ki kell választani a triggerelési késleltetést a „Time" (idő), vagy az „Events" (események) gombok, valamelyikének megérintésével. A megjelenő virtuális billentyűzettel be kell vinni egy értéket, és meg kell határozni az időmérés mértékegységét, vagy a fel/le gombok használatával kiválasztható az időtartam 200 psos lépésközzel. Itt is rendelkezésre állnak előre beállított értékek. 6. Ki kell választani a „Positive" (pozitív, azaz felfutó) vagy „Negative" (negatív, azaz lefutó) élt.
33
5.7.2. SMART (INTELLIGENS) Triggerek A
SMART triggerek az alábbiak lehetnek:
A „Width" {szélességi) trigger segítségével meghatározható egy meghatározott feszültség-szinthez kötött növekvő vagy csökkenő impulzus-szélesség, amely felett, vagy alatt trigger-esemény történik. Másik lehetőség egy rögzített impulzusszélesség és egy feszültség-tartomány megadása, amelyen belül, vagy kívül trigger-esemény következik be. A „Glitch" trigger a szélességi trigger egy egyszerűbb változata. A „Glitch" triggert akkor érdemes használni, ha csak rögzített impulzus-szélességre vagy időintervallumra van szükség. A „Glitch" trigger nem törődik feszültségszintekkel, vagy -tartományokkal. Amíg a „Glitch" trigger az impulzusszélességre hajtódik végre, addig az „Interval" (időköz) trigger a jelhosszra (periódusra) aktiválódik, azaz arra az időtartamra, amely két azonos irányú él között telik el (akár pozitív-pozitív, akár negatívnegatív között). Ennek segítségével lehet egy megadott határértéknél rövidebb, vagy hosszabb idő-intervallumra triggerelni. Emellett beállítható, hogy egy adott intervallumba, vagy azon kívül eső periódusú jeleket fogja be. Ez intervallum alapján való kizárási triggerelés. A „Qualify" (feltételes) trigger egy olyan élvezérelt SMART trigger, amely lehetővé teszi egy jel fel- vagy lefutó élének, hogy engedélyezzen egy másik jelre triggerelést, amely jel a trigger-forrás. A „Qualify" trigger esetében meghatározható az első jel váltása utáni időtartam, vagy az utána bekövetkező események száma, amelyekre triggeresemény történik. A „State" (állapot) trigger egy szintvezérelt SMART trigger, amelynél az engedélyező jelnek megadott érték alatt, vagy felett kell maradnia, hogy a triggerelési esemény bekövetkezhessen. A „State" trigger esetében meghatározható az első jel határszint-engedélyezési tartományba való átlépése utáni időtartam, vagy az utána bekövetkező események száma, amelyekre triggeresemény történik. A „Dropout" (jelkiesési) trigger általában egyszeri lefutású jelek vizsgálatánál használatos, egy elő-triggerelési késleltetéssel együtt. A „Dropout" trigger segítségével megtalálhatók a jelvesztési helyek. A triggeresemény a trigger-forrás utolsó változását követő időzítés letelte után következik be. Ez az időzítés 2 ns-tól 20 s-ig választható. A „Logic" (logikai) trigger lehetővé teszi 5 bemenet logikai kombinációira (mintára) való triggerelést. Erre a CH1, CH2, CH3, CH4 és az EXT bemenetek szolgálnak. Négy Boole-operátort lehet alkalmazni (AND, NAND, OR, NOR) és meghatározható bemenetenként, egymástól függetlenül a magas vagy alacsony logikai feszültségszint.
34
5.8. Megjelenítési formátumok 5.8.1. A megjelenítés beállítása 1. Ehhez először a menüsoron meg kell érinteni a „Display" {megjelenítés) menüpontot, majd ki kell választani a „Display Setup"-ot a gördülőmenüből. 2. A „Grid" {rács) kombinációs gombok valamelyikének megnyomásával lehet választani a megjelenítési formátumok közül. Az „Autogrid" automatikusan hoz létre és töröl rácsokat, a megjelenítendő hullámformák számának megfelelően.
5.8. ábra 3. Az „Intensity" {intenzitás) adatbeviteli mező megérintésével beállítható a rács fényereje a virtuális billentyűzet segítségével. Ennek értéke 0-100-ig terjedhet. 4. A „Grid on top" {rács felül) bejelölésével azt a hatást lehet kelteni, mintha a rács a hullámforma felett helyezkedne el. A rács intenzitásától függően néhány hullámforma rejtve maradhat, ha a rács felül helyezkedik el. A visszavonáshoz csak ki kell kapcsolni a „Grid on top" jelölőnégyzetet. 5. Az „Axis labels" jelölőnégyzet kiválasztásával megjelennek az értékek is a felső és alsó rácsvonalakhoz (Volt/osztásból számolva) és a bal- és jobboldali rács vonalakhoz (időalapból számolva). 6. A jelmegjelenítéshez lehet vonal-stílust is választani: tömör vonalhoz a „Line" {vonal), pontokhoz pedig a „Points" {pontok) menüpont használatos.
5.8.2. Szekvenciális kijelzés A szekvenciális módon való megjelenítés segítségével több darabban begyűjtött hosszú jel is megvizsgálható, rövidebb szakaszaiban kijelezve. A szekvenciális kijelzés beállításához először ki kell választani a „Sequence" {szekvenciális) trigger üzemmódot a „Timebase" {időalap) „Horizontal" {vízszintes) párbeszéd-paneljén. Be kell írni továbbá egy „Num Segments" {szegmensek száma) értéket is.
35
1. A menüsorból ki kell választani a „Display" (kijelzés) menüpontot, majd a „Display Setup" (kijelzés beállítása) opciót a gördülőmenüből. 2. A „Display Mode" (megjelenítési mód) mezőt megérintve ki kell választani az előugró menüből a kívánt üzemmódot. 3. A „Num seg displayed" mező megérintése után be kell írni abba egy értéket a virtuális billentyűzet segítségével. A megjeleníthető szegmensek maximális száma 80. 4. A „Starting At" (kezdőpont) mezőbe annak megérintését követően be kell írni az első megjeleníteni kívánt szegmens számát. Az érték ellenőrzésre kerül, így csak valóban megjeleníthető szegmenseket választhatunk. 5. 5.8.3. Jelkitartás beállítása Az analóg „Persistence" (jelkitartás) funkció úgy jeleníti meg a hullámformát, hogy közben megfigyelhetők az ismétlődő jelben előforduló anomáliák. A „Persistence" segítségével a képernyőn összegyűjthetők a jel több adatgyűjtésből vett pontjai és így megfigyelhető a jel változása az időben. A műszer jelkitartás-funkciói a legsűrűbben előforduló jelnyomot „háromdimenziósán" jelenítik meg, egy szín több fényerősségével, vagy egy színskála szerint. 5.8.4. Hullámformák nagyításaA „Zoom" (nagyítás) gomb alapértelmezés szerint megjelenik a csatorna-beállítás párbeszéd-panel alján, arra az esetre, ha a bemenő jel matematikai függvényének kinagyított nézetére lenne szükség. Másrészt a memória egy része vagy egy matematikai függvény nem külön nézetben való kinagyítása is elérhető, egy külön nagyítási nézet létrehozása nélkül. Az ilyen esetekre a nagyítást beállító mini párbeszéd-panel a matematikai nézetek „Fx" beállítási párbeszéd-paneljének jobb oldalán megtalálható:
5.9. ábra
36
Az előlapon megtalálható „QuickZoom" (gyors nagyítás) gomb több nagyítási nézetet hoz létre, megjelenített bemeneti csatornánként egyet. Nagyítást bármikor létre lehet hozni a hullámforma egy részéről úgy, hogy érintéssel és folytonos húzással (a képernyőről ujjunkat nem felemelve) kijelölhető a bemeneti jel tetszőleges része. A nagyítási nézet automatikusan átméretezi magát a rács kitöltéséhez. Ezért a nagyítás mértéke ebben az esetben a kézzel „megrajzolt" téglalap méretétől függ. A hullámforma nagyításakor a nagyított terület közelítőleges képe jelenik meg a „Zoom" (nagyítás) párbeszéd-panel zöldes ikonján. A „Zoom" párbeszéd-panel megjelenik a matematikai beállítás párbeszéd-panelje mellett, ha a matematikai vagy memória függvény típusa „Zoom".
5.8.5. Nyomtatás és fájl-menedzsment A műszer lehetővé teszi fájlok kinyomtatását nyomtatóra, plotterre, fájlba, vagy akár email-ben is elküldheti ük mérési adatainkat. Minden Windows 2000 által támogatott nyomtatót támogat a műszer is. Ezen funkciók beállítása a „File" menüpont gördülő menüjében a „Print Setup..." segítségével érhető el. A beállítások elvégzése után az előlapi nyomtató-gomb segítségével könnyen lehet nyomtatni. Erre lehetőséget nyújt még a menüsor „File" pontjának „Print" alpontja is, valamint a nyomtatóbeállítási párbeszédpanel „Print Now" (azonnali nyomtatás) gombja is. A műszer programjával létrehozható hullámforma-fájl egy floppy-lemezen, a belső merevlemezen vagy hálózati meghajtókon. A műszer merevlemeze C: és D: partíciókra van osztva A C: partíció tartalmazza a Windows operációs rendszert és a műszer alkalmazás-szoftverét. A D: meghajtó adatfájlok részére lett létrehozva 5.9. Mérések végzése az oszcilloszkóppal 5.9.1. Mérés kurzorokkal A kurzorok lehetővé teszik számos jellemző mérését a jelen. A kurzorok segítségével gyorsan és pontosan lehet vizuális alapú méréseket végezni az oszcilloszkópon. Kétféle kurzor van: •
„Horiz", azaz „Horizontal" (vízszintes) kurzor, általában idő vagy frekvencia mérésére használatos. Nevével ellentétben maga a marker függőleges, de a vízszintes tengely mentén lehet vele elmozdulni.
•
„Vert", azaz „Vertical" (függőleges) kurzor. A rácson függőleges irányban lehet vele haladni, a jel amplitúdóját lehet vele mérni.
37
Kurzoros mérési ikonok A „Readout" (kiolvasás) ikonok ábrázolják, mi kerül mérésre az egyes mérési üzemmódokban.
A két kurzor kijelöli a hullámforma egy-egy pontját. A kurzor-értékek a nézet címkéről leolvashatók. A párbeszéd-panel jobb oldalán található „Position" (pozíció) adatbeviteli mezővel pontosan pozícionálható a kurzor. Az Y értékek eltérését adja meg. Az érték a jelhez tartozó nézet címkéről olvasható le. A kurzorok közötti meredekséget méri. Ha nem időtartomány-beli hullámformát vizsgálunk, akkor egy menü is van az x-tengely mértékegységeihez, ahol kiválasztható pl. s vagy Hz. A kurzorok beállítása A kurzorok be- és kikapcsolhatok a „Cursors setup" (kurzorok beállítása) párbeszéd-panel behívása nélkül is. Ehhez a menüsoron ki kell választani a „Cursors" (kurzorok) menüpontot, majd az „Off' (kikapcsolás), „Abs Horizontal" (abszolút vízszintes), „Rel Horizontal" (relatív vízszintes), „Abs Vertical" (abszolút függőleges), vagy „Rel Vertical" (relatív függőleges) opciók valamelyikét. A pontosabb beállítások a menüsor „Cursors" menüpontjának „Cursors Setup" alpontjában részletesebben elvégezhetők.
5.10. Paraméter-elemzés 5.10.1. Paraméterek alakulásának mérése Egy mérési paraméter alakulása kijelezhető egy vonal diagram segítségével, mégpedig a számos adatgyűjtés mindegyikén kijelölt mérési pont segítségével. Ehhez a menüsoron ki kell választani a „Measure" (mérés), majd a „Measure Setup..." (mérési beállítások) menüpontot a gördülőmenüből. A P1-P6 paraméter-fülek bármelyike használható. A „Sourcel" (1. forrás) adatbeviteli mezőt megérintve kiválasztható egy bemeneti hullámforma az előbukkanó menüből. A „Measure" (mérendő) adatbeviteli mezőben meghatározhatjuk a mérni kívánt paramétert. Ezután már csak a párbeszéd-panel alján található „Trend" (alakulás) gombot kell megnyomni. Nyomvonal nézet A „Track View" (nyomvonal nézet) egy speciális grafikon, amelynél a mért jel és az idő korreláltját vizsgálhatjuk. Ez a nézet egyszeri lefutású adatgyűjtéseknél használható, megjeleníti egy megadott paraméter (pl. impulzus-szélesség) változását a hullámforma minden egyes idő-korrelált szakaszán. Segítségével megkereshetők a jel hibás tulajdonságokkal rendelkező részei (pl. impulzus-szélesség, periódus vagy amplitúdó, stb.). Dzsitterkereső nézet A „JitterTrack View" (dzsitterkereső nézet) hasonló a nyomvonal nézethez, de kimondottan az időzítési paraméterek ciklusról-ciklusra való változásainak mérésére szolgál. Ebbe a típusba tartozik az órajel-dzsitter és a forrásához tartozó változások figyelése. A „JitterTrack" az XMAP vagy a JTA2 opció-csomagok része.
38
5.11. Hisztogramok A hisztogramok segítségével rendkívül hasznos statisztikai paraméterekhez juthatunk. A hisztogram összeállításakor használt adatgyűjtések száma, amely szintén fontos információ, a nézet címke alsó sorában látható.
5.10. ábra
5.11.1. Egy paraméteres hisztogram beállítása A hisztogram beállítása a „Measure" (mérés) menüpont „Measure Setup" (mérési beállítások) alpontjában lehetséges. Itt a „My Measure"(saját mérés) gomb kiválasztása után kijelölhető a Pl-Px paraméterek valamelyike. Ezután a forrást kell meghatározni a „Source1" (1. forrás) mező megérintésével, majd a felbukkanó menüből egy bemeneti hullámforma kiválasztásával. A „Measure" (mérendő) mező megérintésével a mérendő paraméter kiválasztható, szintén az ekkor felbukkanó menüből. A párbeszéd-panel a „Histogram" gombot meg kell nyomni. Ezután az eredményül kapott hisztogramot el kell helyezni egy matematikai nézetben, amelyet annak megérintésével választhatunk ki, a felbukkanó menüből. Ezt követően meg kell érinteni a létrehozott matematikai nézet címkéjét, majd a párbeszéd-ablak jobb oldalán a „Histogram" (hisztogram) fület. A „Buffer" (puffer) alatt a „#Values" (értékek száma) beviteli mezőben be kell állítani a vizsgált értékek számát, azaz a hisztogram oszlopainak számát. A „Scaling" (skálázás) alatt, a „#Bins" (bináris skálázás) mezőben meghatározható 20-2000-ig a hisztogram függőleges felbontása. A „Find Center and Width" (középpont és szélesség beállítása) gomb segítségével automatikusan középre helyezhető a hisztogram, a „Center" (középpont) és a „Width" (szélesség) adatbeviteli mezők értékének beállításával pedig kézzel megadhatjuk a hisztogram elhelyezését. A hisztogram beállítása a matematikai függvény beállítási párbeszéd-paneljéről is elérhető, a „Math" (matematika) menüpont „Math Setup" (matematikai beállítások) alpontjának kiválasztása után. Az Fl-Fx fülek valamelyikének megérintését követően a „Graph" (grafikon) gomb megnyomásával beállíthatók a fentiekben ismertetett jellemzők. A hisztogram matematikai beállításokon keresztül való beállításának előnye, hogy a „Vertical Scale" (függőleges skálázás) menüpont segítségével önmagukat folyamatosan automatikusan átméretező hisztogramok is létrehozhatók, amelyek így mindig beleférnek a rácsba.
39
5.11.2. A hisztikonok A hisztikonok miniatűr hisztogramok, amelyek ikonként jelennek meg a rács alatt. A saját mérésekben létrehozott hisztogramok ikonja (amely a hisztogram beállításakor a „Histicons" {hisztikonok) jelölőnégyzettel engedélyezhető) gombként is funkcionál, amellyel gyorsan megjeleníthető a részletesebb hisztogram.
Kitartott hisztogram (Persistence Histogram) Egy kitartott jelként megjelenített hullámforma hisztogramja is létrehozható a hullámformán keresztül egy függőleges vagy vízszintes szelet kivágásával. Ez a matematikai művelet különbözik a hagyományos „Histogram" matematikai művelettől és nem érintik az ott eszközölt „Center" (középpont) és „Width" (szélesség) beállítások.
5.12. Hullámforma-matematika 5.12.1. Matematikai beállítások A matematikai beállítások a menüsor „Math" (matematika) menüpontjának „Math Setup" (matematikai beállítások) alpontjával eszközölhetők. Ez a beállítási mód lehetővé teszi a gyakran használt függvények gyors alkalmazását. Ha már van matematikai függvény Fl-Fx függvény-nézetekhez rendelve, akkor a kívánt függvény bekapcsolható, annak jelölőnégyzetét bejelölve. Ekkor a függvény megjelenik. Új függvény-nézet létrehozásához meg kell nyomni a kívánt nézet Fx gombját. Ekkor a matematikai függvény menü megjelenik. Egy menüelemet kiválasztva az új függvény automatikusan hozzárendelésre kerül, ugyanazokkal a beállításokkal, amelyek utoljára a kiválasztott Fx függvény helyén levő függvénynél voltak. A további beállítási értékek megváltoztatásához csak meg kell érinteni a megfelelő Fx fület. Ekkor a fülre vonatkozó beállítási párbeszéd-panel megjelenik. A „Single" (egyszeres) funkciógomb megérintésével egy matematikai függvény alkalmazható, a „Dual" (kétszeres) gomb megnyomása pedig matematikai függvény matematikai függvényen való alkalmazásához használható. A „Graph" (grafikon) gomb megnyomásával, majd a megjelenő „Graph with" (grafikon üzemmód) mezőben a grafikon üzemmódját lehet kiválasztani. Ezek az üzemmódok a következők lehetnek: •
egy adott paraméter értékeinek hisztogramja,
•
egy adott paraméter értékeinek nézete, vagy
•
egy adott paraméter értékeinek alakulása
40
5.12.2. Hullámformák átlagolása A műszer kétféle beépített átlagszámítási lehetőséget kínál fel: az összegzett és a folyamatos átlagolást. Az összegzett átlagszámítás esetében meghatározható az átlagolni kívánt adatgyűjtések száma. Az átlagértékek ebben az esetben szabályos időközönként kerülnek megjelenítésre a kijelzőn. A folyamatos átlagszámítás esetében, amely az alapértelmezett átlagszámítási módszer, segít kiküszöbölni a zaj hatásait azáltal, hogy folyamatosan új adatokat gyűjt és a begyűjtött új hullámformát elhelyezi az átlagoló pufferben. A régebben begyűjtött adatok és az új adatok fontosságának viszonya beállítható egy súlyparaméterrel. így egy tesztelés alatt álló rendszeren beállításokat végezve, azonnal látható azok hatása. A folyamatos átlagszámítás funkció a csatorna „Vertical Adjust" (függőleges beállítás) párbeszéd-paneljének „Pre-Processing" (elő-feldolgozás) pontja alatt, valamint a matematikai függvények menüjében érhető el.
5.12.3. Interpoláció A lineáris interpolációt, amely egyenest illeszt két meglévő mintára, egyenes élekkel bíró jelek esetében célszerű használni, pl. négyszögjeleknél. A görbe vonalú, vagy egyéb szokatlan hullámformák esetében megfelelőbb a (sinx)/x interpoláció használata, különösen, ha a mintavételi frekvencia a rendszer sávszélességének 3-5-szöröse. További lehetőség még a köbös interpoláció használata. Mindhárom esetben, 2-50 pontos interpoláció kiválasztására van lehetőség. Az interpoláció a matematikai műveletek között található meg.
5.12.4. FFT Végül, de nem utolsó sorban, végrehajtható FFT (Fast Fourier Transformation, azaz Gyors Fourier-Transzformáció) is a vizsgált jeleken. Ehhez a matematikai műveleteknél az FFT lehetőséget kell választani a függvények közül. A további beállítandó paraméterek, a „Source" (forrás), a „Truncate" (csonkolás), vagy a „Zero fill" (nullákkal való feltöltés), amellyel megadhatjuk, hogy ha a jel hossza nem egyezik az FFT transzformációs méretével, mi történjen. Általában célszerűbb a csonkolást választani, mert ekkor az FFT egy rövidebb jelen lesz végrehajtva, ami megnöveli a felbontást.
41
6. A MATLAB PROGRAM HASZNÁLATA A MŰSZEREN
6.1. A MATLAB telepítése
A MATLAB 7.0.1-et úgy kell telepíteni, mint bármely más PC-n. Ha a telepítés megtörtént, a programot el kell indítani az asztalról, majd bezárni az oszcilloszkóp programjában való alkalmazás előtt. Ez a regisztrációs adatbázis frissítéséhez szükséges. A MATLAB kétféleképpen hívható meg közvetlenül az oszcilloszkópból: 1. Funkció használatával F1-től Fx-ig. A matematikai funkciók száma az osszcilloszkópra telepített szoftver-opcióktól függ. Jelen esetben x=4. A MATLAB egy hullámformát ad eredményül. 2. Paraméter használatával Pl-től Px-ig. …..A MATLAB egy paramétert ad eredményül. Mindkét esetben egy MATLAB hívás két különböző hullámformát használhat bemenetként, sokkal nagyobb számítási teljesítményt nyújtva, mint ami a MATLAB VBScript -ből való hívásakor rendelkezésre áll. Fontos megjegyezni, hogy ha nincs pontosvessző a sor végén, a MATLAB a kiszámított értéket az eredmény-ablakban jeleníti meg, jelentősen lelassítva a számítási folyamatot. Ezt a tulajdonságot legjobb, ha csak diagnosztikai célokra alkalmazzuk.
42
6.2. Hullámforma funkció kiválasztása
Kattintsunk a Math fülre,
majd a kiválasztandó funkcióra, pl. az F1 - re.
43
a Select Math Operator ablak a MATLAB math kiválasztásával nyitható meg.
44
A MATLAB hullámforma funkciók a Select Math Operator (Matematikai Művelet Kiválasztása) menüben választhatók ki. A „MATLAB Wave"-re való kattintás után egy kis idő telik el, mire a MATLAB elindul.
6.1. ábra
A MATLAB a „Source 1" és „Source 2" {„Forrás 1" és „Forrás 2") hullámformákat használja bemenő adatként.
45
6.3. A „MATLAB Waveform" vezérlőpanel
Egy MATLAB hullámforma elindítása után a képernyő jobb oldalán megjelenik egy zoom (nagyítás) párbeszéd-ablak a képernyő jobb oldalán. A „MATLAB" címke megérintésével a következő panel válik láthatóvá:
6.2. ábra
A „Find Scale" (Arány Keresése) megérintésével elérhető, hogy a kimenet automatikusan beleférjen a képernyő-rácsba. Az „Edit Code" (kód szerkesztése) gomb használatát a következő részben tárgyaljuk. A „Zero Offset" (nulla eltolás) segítségével az eltolás nullpontja, a „Scale/Div" (arány/osztás) értékével pedig az osztásonként kijelzett érték állítható be.
6.4. Példa a MATLAB Függvényszerkesztőjének használatára Az „EDIT CODE" megérintésével elérhető a MATLAB Editor (MATLAB Szerkesztő, ld. 6.3. ábra), ahol az alapértelmezett hullámforma-függvény látható. Aki ismerős a MATLAB használatában, az esetleg jobbnak ítélheti elindítani a MATLAB programot és készíteni egy MATLAB függvényt a kívánt számítás elvégzésére. Ekkor a szkópban megjelenő „program" lehet akár csak egy egysoros MATLAB függvény-hívás is.
46
6.3. ábra
A képen az alapértelmezett hullámforma függvény látszik, egy fontos változtatással: egy pontosvessző eltávolításra került a sor végéről. Ha a pontosvessző ott van, a függvény sokkal gyorsabban fut, mert a kimenő értékek nem látszanak a „MATLAB Response" (MATLAB Eredmény) ablakban. Egy hosszabb jel vizsgálata során azonban a megjelenítés időtartama túl hosszúvá válhat, ezért az eredmény értékeket a gyakorlatban csak fejlesztésnél és hibakeresésnél használják. Bármely pontosvessző nélküli sor egy látható MATLAB eredményt fog előidézni. Ezen a panelen elmenthető a kód („Save Code"), betölthető egy már elmentett kód („Load Code") és szerkeszthető a függvény. A MATLAB programnak erőssége, hogy az egész hullámformára, mint vektorra lehet hivatkozni. A két bemenő hullámforma a kódban a WformInl és a WformIn2, míg a kimenet a WformOut. Lehetséges az egyes mintákra is hivatkozni azok számával, mint pl. „WformInl(34)" és minta-sorozatokra, mint pl. WformIn(55:89). Az alábbi példához hasonló utasítások használhatók: WformOut(5) = WformIn(5) WformOut(89) = WformIn(144) WformOut(34:55) = WformIn(34:55) WformOut(233:377) = WformIn(100:244)
47
Az alábbi, rendkívül egyszerű példa a 2. csatorna újraskálázott másolatának jelét hozzáadja az 1. csatorna másolatának jeléhez, majd újra skálázza az eredményt.
6.4. ábra
48
6.5. Példa a MATLAB hullámforma-megjelenítésére
A „MATLAB Plot" jelölőnégyzet megérintésével a következőhöz hasonló MATLAB megjelenítés válik láthatóvá:
6.4. ábra
49
6.6. MATLAB paraméter funkció kiválasztása A 6.6. ábrán a MATLAB paraméter funkciójának behívását láthatjuk:
6.6. ábra
50
6.7. A „MATLAB Paraméter" vezérlőpanel
Egy MATLAB paraméter felhasználása után a 6.7. ábrán látható mini dialógusablak jelenik meg a fő dialógusablak jobb oldalán:
6.7. ábra
A „MATLAB Plot" jelölőnégyzet megérintésével megjeleníthető a MATLAB ábrázolás is az eredmény műszernek való átadásával egyidejűleg.
51
6.8. A MATLAB Paraméterszerkesztője Az „Edit Code" megérintésével elérhető a „MATLAB Editor" ablak:
6.8. ábra
Ez az egyszerű példa bemutatja a MATLAB program „Standard Deviation" (normális szórás) függvényének hatását az 1. csatorna jeleire reagálva, az eredmény pedig megjelenne a „MATLAB Response" mezőben 0,15V-os amplitúdóra vonatkoztatva. A „Load Code" gombot használva betölthető egy létező MATLAB program, a jelenlegi programot pedig a „Save Code" gombbal menthetjük el. A függvényekkel megegyezően, aki ismerős a MATLAB használatában, az esetleg jobbnak ítélheti elindítani a MATLAB programot és készíteni egy MATLAB függvényt a kívánt számítás elvégzésére. Ekkor az szkópan megjelenő „program" lehet akár csak egy egysoros MATLAB függvényhívás is.
52
6.9. Példa a „MATLAB Paraméter" vezérlőpanelhez
6.9. ábra
53
A következő, 6.10. ábrán látható példa kiszámítja egy adott jelszintet meghaladó és nem meghaladó minták arányát. Ez a szint jelen példában az amplitúdó fele.
6.10. ábra
6.10. További példák a MATLAB Hullámforma Függvényekre A 6.11. ábrán a bemeneti jel negálása látható:
6.11. ábra
54
A bemenő jel négyzetre emelése:
6.12. ábra
Négyszögjel előállítása szinuszjelből:
if Wave(K)>o,o1 Wave(K) = - 0.1; else Wave(K) = 0.l; end; end; Wf o rmOut= Wave ;
6.13. ábra
Impulzus-tüskék előállítása a jel nullátmeneteinél:
6.14. ábra
55
Két jel konvolúciójának előállítása:
6.15. ábra
56
6.11. Saját MATLAB függvény készítése
Maga az eljárás egyszerű. Létre kell hozni egy MATLAB függvényt bármely szövegszerkesztő segítségével, és el kell azt menteni MATLAB m-állományként, ami úgy , tehető meg, hogy a fájlnév megadása Fájlnév,m formátumban történik. Ezek után az elkészített függvény annak jellege szerint a MATLAB Függvény szerkesztőjében vagy a MATLAB Paraméterszerkesztőjében meghívható. Az alábbiakban egy egyszerű példa látható: function out = negatewf(wf1) % a NEGATEWF függvény minden adat előjelét invertálja out = -wfl;
6.16 ábra
57
7. MÉRÉSI FELADATOK
A mérésekhez periódikus és véletlenszerű, sztochasztikus jeleket használunk. Priódikus jeleket a HAMEG függvénygenerátorból vehetjük ki:
Használhatjuk a függvénygenerátor órajelét, a különböző beállított jelalakokat, vagy mindkettőt egyszerre. Sztochasztikus jeleket az oszcilloszkóp mellet lévő CMB 30 primer PCM berendezés jobb oldali kártyájának előlapján található csatlakozókról vehetünk le az oda készített speciális mérőzsinórok segítségével.
58
1) Adjunk a függvénygenerátorból különböző frekvenciájú jeleket az oszcilloszkóp bemeneteire és ellenőrizzük le a különböző triggerelési lehetőségeket.
2) Adjunk a függvénygenerátorból különböző frekvenciájú jeleket az oszcilloszkóp bemeneteire és rajzoltassuk fel a két függvény különböző lineáris kombinációit.
3) Adott periódikus és sztochasztikus jeleken vizsgáljuk meg a menüsor „Math” menüpontjának „Math Setup” alpontjával eszközölhető függvények alkalmazását.(FFT, Hisztogam, Integral, stb.)
4) Az adott jeleken végezzünk a MatLab alkalmazásával különböző feladatokat: ellenőrizzük le a leírásban szereplő MatLab programokat.
5) Írjunk egyszerű Matlab programot és vizsgáljuk az eredményt.
59
Fontos!
Az oszcilloszkóp képernyőjén látható ábrák dokumentálása elektronikus formában digitális fényképezőgép, vagy az oszcilloszkóp számítógépi részének felhasználásával (a print funkció aktiválásával előállított nyomtatási kép USB-s adathordozóra történő rögzítése) oldható meg.
60
