Как турецкий султан приобщался к российской метрологии или «Наша песня хороша - начинай сначала»

Как турецкий султан приобщался к российской метрологии или «Наша песня хороша - начинай сначала»

А.A. Дедюхин, АО «ПриСТ» Очередная дискуссия на тему - чьи метрологические подходы и методы нормирования технических характеристик более корректные для использования в России – оригинальные производителя или по результатам российских испытаний. А так же новые обнаруженные дефекты в осциллографах Tektronix серии DPO4000 и MSO4000.

9 месяцев «турецкий султан» Ибн-Шумский готовил свою публикацию, при этом терпеливо ожидая, что я «сам разберусь в своих ошибках», но, не дождавшись моего добровольного покаяния, решил прибегнуть к покаянию принудительному и вытащил «новые» и увлекательные «открытия». Хотя 9 месяцев достаточно большой срок (женщины за это время детей рожают) и было время у  тов. Шумского разобраться и в своих примитивных ошибках, но видно что-то или кто-то очень сильно заставляет его заниматься делом, которое, по его собственному высказыванию, «особого удовольствия не приносит», но он вынужден снова и снова принимать в нём участие. Несмотря на достаточно большой объём новой публикации, она представляет из себя или переливание из пустого в порожнее; материалов, изложенных более полгода назад; теоретические мысли в слух о том, где может использоваться усреднение сигнала или статистическая обработка результатов измерения,  с выдачей заключений мол «наверное, имелось ввиду…». При этом никаких оригинальных методик измерения или практических примеров измерения не приводится. Всё это похоже на очередную попытку с умным видом рассуждать на тему, в которой г-н Шумский плохо разбирается. Я имею ввиду методики поверки цифровых осциллографов. Хотя при новой «увлекательной» прошивке  v.2.06 (релиз от 27.07.07), предназначенной для «расширения функциональности и улучшения параметров» «цифровых осциллографов DPO4000 и MSO4000», ранее обсуждаемая тема вообще становится не актуальной, поскольку все попытки сделать из «изделия, под кодовым названием DPO4000» нормальный цифровой осциллограф выглядят больше, диверсией со стороны каких-то тёмных сил, как не странно, работающих в компании Tektronix…Может это и хочет прикрыть тов. Шумский, разобравшись, наконец, за 3 последние месяца, что происходит у осциллографов DPO4000 и MSO4000, и как не очень хороший тактик, пытается переключить внимание той самой общественности на проблемы уже обсуждённые. Но об этом чуть позже.

Что уж точно плохо получается у г-на Шумского в своих «рецензиях», так это умничать по разным поводам. Пару месяцев назад, скачав и прочитав электронные англоязычные  описания на LeCroy, он уже пытался умничать на тему, как работает сегментированная развёртка в осциллографах LeCroy, вообразив себя умнее всех инженеров LeCroy. Учтя предыдущие ошибки, г-н Шумский обратился к русскоязычным нормативным документам и теперь умничает по поводу содержания описания типа СИ и методики поверки осциллографов LeCroy. За 9 месяцев так и не разобравшись в сути её содержания, он выдаёт рекомендации: «г-ну Дедюхину стоило предварительно убедиться, что  в описаниях типа  и методиках поверки приборов LeCroy уж точно всё идеально». В идеальности методики поверки LeCroy неоднократно убеждался не только я, но и многие инженеры и поверители. Г-н Шумский кинулся сразу читать раздел 7 методики поверки, проигнорировав раздел 3. А раздел 3 называется. «ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ». И содержание его очень короткое: «К проведению поверки могут быть допущены лица, имеющие высшее или средне-техническое образование, практический опыт в области радиотехнических измерений и квалификацию поверителя». Поэтому если у  г-на Шумского нет «практического опыты в области радиотехнических измерений», то и лезть туда нечего. И нечего воображать себя умнее сотрудников ВНИИФ ТРИ и управления метрологии Ростехрегулирования, готовивших и утверждавших эти документы (хотя как видно из высказываний г-на Шумского сотрудники Ростехрегулирования для него не авторитет). Нелишне будет напомнить г-ну Шумскому, что некоторые сотрудники ВНИИФ ТРИ, принимающие участие в испытаниях осциллографов, занимаются вопросами испытаний и метрологического обеспечения осциллографов ещё со времён, когда он пешком под стол ходил (в прямом смысле). Причём одна и та же команда Ростехрегулирования проводила испытания как осциллографов LeCroy, так и осциллографов Tektronix. Поэтому и требования, порядок и оформление нормированных характеристик и у LeCroy, и у Tektronix абсолютно одинаковые. И они чётко указанны в описании типа СИ и если кого-то эти данные не устраивают, то, к счастью, в России по-другому быть не может. Поэтом если для г-на Шумского «строчки из описания типа в ГР средств измерения РФ главным авторитетом НЕ стали», то г-ну Шумскому надо сменить сферу занятия на более халявную, с точки зрения взаимодействия с российской метрологией. Включение СИ в госреестр и его описание типа являются гарантией стабильности метрологического обеспечения и защитой от того, что «сейчас производитель, изменив описание после выхода новой прошивки,  убрал эту формулу с сайта». Производитель может хоть каждые 10 минут, что-то убирать с сайта и вновь подвешивать на него, включая всё более и более улучшенные технические характеристики (или наоборот более худшие), но результаты испытаний для целей утверждения типа СИ существуют 5 лет, определяя технические характеристики СИ для использования в сфере ГМК в России.

Я высказываю не «претензии к метрологии отечественной», а, прочтите вдумчиво и внимательно ещё раз «РЭ, поставляемое в комплекте поставки с осциллографом Tektronix серии DPO-4000, не соответствует описанию типа на это СИ. Описание типа СИ содержит основные технические характеристики и после включения приборов в госреестр  РФ, уважающие российских пользователей компании (например LeCroy) поставляют в Россию приборы с РЭ, полностью соответствующим российскими нормативным документам. Но, похоже, Tektronix хотел чихать на российскую метрологию, а в купе с полурусским пользовательским интерфейсом и отсутствующей в комплекте и обязательной, согласно описания типа СИ, методикой поверки (071-1808-00МП), и на всех российских пользователей», а к отношению компании Tektronix и к тем СИ, которые она поставляет в Россию. Разницу г-н Шумский так и не уловил, как не уловил разницы между «грязным» англоязычным РЭ (для американских инженеров и метрологов) и «чистым» русскоязычным РЭ (для русских инженеров и  метрологов).

Г-н Шумский уже, как упоминалось, за последние 9 месяцев сделал большой прорыв в своих знаниях – он ознакомился с описанием типа СИ на осциллографы LeCroy и методикой поверки. Правда, ни первый документ, ни второй до конца так и не осознал, поскольку русскоязычного РЭ на осциллографы LeCroy никогда не читал, да и «живых» LeCroy давно не видел. А согласно МИ 2526, разъясняющими порядок составления описания типа,  указанно, что описание типа СИ содержит ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. И только РЭ содержит полное описание всех технических характеристик СИ. И глупенькое хихиканье типа «просто нет документированных данных производителя о точности измерения временных интервалов для осциллографов WR6000A в режиме однократных измерений», ничего не вызывает кроме сочувственного пожелания «читайте РЭ, предназначенное для России, внимательно, сударь – там всё есть, включая то, что кажется пропущенным».

Разводить излишнюю полемику о том, почему для тов. Шумского «главным авторитетом» не стали  «строчки из описания типа в государственном реестре средств измерения РФ» нет смысла. Хотя в описании типа средства измерения, являющимся неотъемлемой частью сертификата утверждения типа средства измерения (далее СИ), указывается – «утверждён с техническими и метрологическими характеристиками, приведённом в настоящем описании типа». Как показывает практика, многие производители,  не только зарубежные, предлагают пользователю средства измерения с параметрами, которые на практике реально оказываются гораздо хуже, чем указанно в руководстве по эксплуатации. Одна из задач испытаний для целей утверждения типа СИ – это как раз подтверждение или определения истинных параметров СИ и возможности метрологического обеспечения в России. Поэтому очень часто параметры, указанные в спецификации производителя, не совпадают с параметрами указанными в описании типа СИ. Или некоторые важные метрологические параметры не указывают вообще. Например, компания Tektronix, как уже ранее отмечалось, для осциллографов  DPO4000 не нормирует такого важного параметра, как погрешность измерения временных параметров. Выпускать на российский рынок поделку под названием «цифровой осциллограф», не способную измерить временной интервал или частоту, ВНИИФ ТРИ, проводивший испытаний, не может. Поэтому компания Tektronix должна сказать спасибо доброжелательным сотрудниками ВНИИФ ТРИ, определившим и утвердившим параметр «абсолютную погрешность измерения временных интервалов» для осциллографа DPO4000, использованый в России в описании типа № 32619-06. И длинные рассуждения у кого погрешность измерения временных интервалов СКЗ, а у кого она пиковая или подразумевается для однократных  сигналов и как их «некорректно сравнивать» - это уже словоблудие, призванное прикрыть гораздо худшую погрешность измерения осциллографа DPO4000 и гораздо более худшие возможности при измерении параметров сигналов.

Так кому верить в таких ситуациях? Я верю, изначально, описанию типа СИ и авторитету российской метрологии и призываю всех к этому. Российская метрология, по моему глубокому убеждению, даёт фору какой угодно метрологии! Например, государственный реестр средств измерения за номером № 32620-06 включены генераторы сигналов сложной формы серии AFG3000. Частотный диапазон генераторов указан от 1 мГц до 240 МГц (AFG3252). Испытания проведены ВНИИФ ТРИ и описание типа датировано 31 июля 2006 года.   6 января 2007 года компания Tektronix с помощью новой версии прошивки V.1.2.0 улучшила этот параметр в тысячу раз до значения 1 мкГц. Это заявление хорошо для американцев, но для российского пользователя это улучшение уже не имеет никакого значения, поскольку его достоверность, согласно программе испытаний, не подтверждена результатами испытаний ВНИИФ ТРИ, да и методика  поверки не предусматривает измерения этого параметра. А может быть диапазон частот генератора AFG3252 начинается от 0.1мкГц – может быть. Или может быть от 3 мкГц – вполне. Аналогичное отношение и к длительности импульса -  она так и осталась 4 разряда, и к скважности прямоугольных импульсов – она для России так и осталась 0.1% до 99.9%. Если что-то улучшили или ухудшили – будьте добры провести новые испытания для целей утверждения типа и только после этого можно хвастаться о «Существенном расширении диапазона регулировок основных параметров генераторов». Поэтому последующие попытки г-на Шумского выдавить из генератора AFG3252 (с последней прошивкой), тестовый импульс длительностью 12,345 мс (5 разрядов), для измерения метрологических параметров осциллографа DPO4000, мягко говоря, выглядят по-дилетантски.

У меня нет «претензий к метрологии отечественной», но у меня действительно иногда есть «претензии к метрологии зарубежной», поскольку лично неоднократно присутствовал на испытаниях зарубежных СИ, совместно с представителя и Ростехрегулирования РФ и Госстандарта Украины. И я неоднократно наблюдал, сколько сил и времени тратится на приведение «метрологии зарубежной» к  метрологии «человеческой», «по-советским» стандартам (в хорошем смысле этого слова), достойной уважения многими грамотными метрологами и инженерами. Конечно, и в описаниях типа СИ бывают ошибки, но они довольно редки и не касаются выкладок по осциллографам LeCroy и Tektronix. Поэтому, как ни крути, а против описания типа СИ не попрёшь.

А что касается высказывания тов. Шумского «Автор (это я) вероятно полагает, что знает об тестируемых осциллографах больше, чем его производители», то как показывает практика то ДА, я иногда знаю про осциллографы больше, чем его производители и это не моё достоинство, это больше недостаток производителя и таких горе теоретиков-дилеров как г-н Шумский. Поэтому он же (Шумский) уже неоднократно отмечал «Респект ему за это» (это мне).

Итак, вернёмся к измерениям.

Тов. Шумский утверждает, что:

Утверждение 1

«Замечание: В этих выкладках автор использовал для WR6050A частоту дискретизации  5GS/s, а ниже  для DPO4000 - 2,5 GS/s. Эта пустяковая некорректность даёт нам право для восстановления корректности  в  рецензии  для сравнительных экспериментов использовать осциллограф  TEKTRONIX с такой же дискретизацией 5 GS/s, т.е. DPO4104.»

Ответ: какая моя вина в том, что осциллограф WR6050A имеет частоту дискретизации  5GS/s, а DPO4034 всего 2,5 GS/s? Попросите Tektronix выпустить модификацию DPO4034A с частотой дискретизации 5 GS/s! А сравнивать WR6050A с DPO4104  опять не правильно! Поскольку полосы пропускания у них разные. Сравнивать WR6100A и DPO4104  - опять окажется, что у Tektronix частота дискретизации меньше в два раза.  И так далее. Напомню, что для сравнения выбирались осциллографы с одинаковой полосой пропускания. И если Tektronix при этом оказался хуже по ряду параметров,  это уже не вопрос о «пустяковой некорректности».

Утверждение 2

«Г-н Дедюхин опять сравнивает пиковую величину для TEKTRONIX с RMS для LeCroy, и делает из этого громкие заявления!»

Ответ: Я уже не раз предлагал г-ну Шумскому читать все материалы внимательнее, а не через строчку и понимать буквальный смысл написанного, а давать свои толкования по принципу «…наверно, имелось ввиду…». Могу только дать этот совет ещё один раз. Слишком много получается казусов с вольным обращением с терминами «плюс», «минус», «среднее значение», «СКЗ», «пиковое значение». А то, казалось бы, хорошая и правильная формула «из мануала для проверки точности временных измерений  для http://www.eliks.ru/product/kip/dpo7000.htm>DPO7000» обретает прикольное значение, если говорить об однократном запуске и ОДНОКРАТНОМ измерении, когда временной интервал имеет ВСЕГО ОДНО значение в пределах одного экрана.  Это значение одновременно будет и пиковое значение, и среднее значение, и СКЗ. А формул для этого случая имеется две! И обе разные! И погрешность отличается в пять раз! Называется -  выбери погрешность сам себе - какую хочется. И какая разница в результатах измерении сигнала между «single shot»  и один раз 1000 измерений и «double shot» и два раза по 500 измерений? Судя по этой формуле, какая-то есть, но на самом деле её нет. И в этом подходе то же состоит отличие русской метрологии от метрологии американской – конкретики для условий измерения нет. Не тем авторитетам верит тов. Шумский.

Утверждение 3

«Про гистерезис. А относительно влияния крутизны фронта… Автор, наконец, сам убедился в том, что для устранения влияния шума на джиттер запуска… необходимо использовать тестовые сигналы с максимально крутыми фронтами. Испытываю чувство глубокого удовлетворения. Просвещение дало  свои, так сказать, плоды.»

Ответ: Такое впечатление, что г-н Шумский слепой и не видит, что результат измерения разных по форме сигналов с одной и тот же частотой одинаковый, равно как и погрешность измерения. Отличие состоит в значении стандартного отклонения, вызванного не инструментальной погрешностью самого прибора, а формой сигнала. Может моя попытка просвещения ещё не «дало свои, так сказать, плоды»? Сожалею, рассматривайте картинки в публикациях внимательнее.

Утверждение 4

«Чтобы эту ошибку уменьшить,  производители обычно используют интерполяцию (sin(x)/x или иную), за счёт которой «достраивают» фронты сигнала между дискретами, это позволяет  на практике  получить ошибку временных измерений несколько меньшую, чем один  дискрет, однако, любая обработка собранных данных исходит из некоторых предположений о сигнале: интерполяция sin(x)/x, например,  об ограниченном спектре сигнала, усреднение - основано на предположении о  случайном и нормальном  характере распределения ошибки измерения. Всё это  не позволяет формально относить такие обработки к измерениям, т.к.  достоверность результата измерений зависит от достоверности этих предположений».

Ответ: Кого этими фразами пытаются держать за простачков абсолютно не понятно, видно школьников. Речь идёт об измерении временных параметров ОТОБРАЖАЕМОГО СИГНАЛА, уже с учётом «ограниченного спектра» и пр. А «предположение о  случайном и нормальном  характере распределения ошибки измерения» уже априори исключается моей любимой Теоремой Котельникова с учётом использования функции sin(x)/x с рядом 10. Использование 10 дополнительных отсчётов дискретизации, полученных при интерполяции sin(x)/x, ровно в 10 раз повышает достоверность измерения временного интервала. Если DPO4000 не умеет это учитывать при измерениях – то это его недостаток. А если и дальше следовать этой  «теории тов. Шумского», то в качестве назначения осциллографов DPO4000 следует указывать «предназначены для исследования формы и измерения амплитудных и временных параметров электрических сигналов, основанных на предположении о форме сигнала и на предположении о  случайном и нормальном  характере распределения ошибки измерения». Вот это тогда будет прикольный приборчик от Tektronix!

Г-н Шумский, очевидно, забыл, что все «предположения», «ограничения спектра», «случайный и нормальный  характер распределения» и пр. уже включены с одной стороны в погрешность измерения амплитуды, а с другой стороны в погрешность измерения временных интервалов. Ну  да ладно – в следующий раз вспомнит.

Шумский пишет: «Цифровой осциллограф  имеет всем понятное разрешение в ходе таких измерений, равное интервалу временной дискретизации (величина, обратная частоте дискретизации - первый член в формуле, с которой у Автора в прошлый раз произошёл конфуз). Т.е. дискрет измерений (иначе - его разрешение), равен интервалу дискретизации в данной развёртке. Если установлена дискретизация 2,5 GS/s  интервал дискретизации равен 0.4 нс.  Для 100 нс периода (частота 10МГц) это даёт разрешение измерений  0,4 % от самого сигнала. Это - ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ ограничение точности измерения, т.к. осциллограф при измерении временного интервала складывает именно эти дискреты, т.е. оперирует именно кусочками времени по 0,4 нс и определяет - сколько именно дискрет уложится, например,  в период сигнала.  Если тактовая частота 2,5 GS/s и тестовый сигнал 10 МГц от рубидиевого стандарта - идеально точны и стабильны, в один период сигнала уложится 250 дискретов (интервалов дискретизации). Если частота входного сигнала слабо изменится - ближайшее значение, которое будет возможно измерить, будет равно 100,4 нс (251 дискрет), 100 нс (250 дискрет),  или 99,6 нс (249 дискрет), все промежуточные между ними  значения не будут являться измерениями, а могут появиться только в результате математической обработки собранных результатов,  например, интерполяции или  усреднении».

Ну что ж, вроде гладко пишет,  с точки зрения примитивной теории измерения цифровых осциллографов начала 70-х годов прошлого столетия. Хотя эти принципы до сих пор используются в малобюджетных цифровых осциллографах и, как г-н Шумский акцентирует внимание, в том числе и в Tektronix DPO4000. Забыл тов. Шумский как работает элементарный электронно-счётный частотомер в режиме измерения временных интервалов, когда при частоте дискретизации 10 Мвыб/с (частота опорного генератора или 100 нс) при использовании интерполятора представляется возможность производить измерения временных интервалов около сотни пикосекунд, а это в тысячу раз выше частоты дискретизации.  Хотя ссылки на эту теорию позволяют ему обосновать, почему погрешность измерения временного интервала 0,8% это хорошо – ведь «теоретический предел это 0,4%, поэтому реальные 0,8% - то же неплохо». Но, как говорится, «не все стиральные порошки одинаковы». Есть осциллографы, использующие при измерении не столь примитивные теории, описанные тов. Шумским, например LeCroy, да и старшие серии Tektronix, используют другие принципы. У них есть и «математическая обработка собранных результатов», и «интерполяция», и «усреднение»  - то есть всё то, чего нет у DPO4000, и все эти «примочки» позволяют значительно расширить возможности цифровых осциллографов при измерениях.

Забыл упомянуть в своей теории г-н Шумский  про полезное влияние шумов, он упомянул лишь их «вредность». А между прочим, именно шумы позволяют значительно увеличить точность измерений. Это различное проявление горизонтального шума – паразитная девиация генераторов тактовой частоты; делителей и  умножителей частоты; фазовые шумы; джиттер, тепловые воздействия и т.д., как источника тестируемого сигнала, так и самого осциллографа. И тут теория «одного дискрета» уже становится не состоятельной. Дело в том, что все шумы, вызывают незначительное дрожание по частоте, как тестируемого сигнала, так и генераторов цифрового осциллографа, определяющего дискретизацию входного сигнала. Если принять за условие, что тестируемый сигнал абсолютно идеальный с точки зрения отсутствия шумов, и все шумы источника тестируемого сигнала привести к шумам цифрового осциллографа, то получается сканирующая измерительная система с диапазоном сканирования равным суммарному значению горизонтального шума.  Эта сканирующая по частоте система способна при анализе статистики измерений зафиксировать и произвести измерения с беспрецедентной точностью.

Как говорил теоретик марксизма-ленинизма тов. Ленин В.И. «Практика – критерий истины». Проведём пару экспериментов в подтверждение этой теории (почему-то демонстрировать на практике свою теорию «одного дискрета» г-н Шумский не захотел….). От внешнего источника синхронизируем опорный генератор осциллографа LeCroy и тестового генератора. Такая схема измерения позволяет исключить все ошибки измерений, связанные с погрешностью частоты опорных генераторов самого осциллографа и тестового генератора, и позволяет получить максимальное разрешение при измерении временных интервалов. Сигнал частотой 10 МГц (период следования 100 нс), частота дискретизации осциллографа LeCroy 5 Гвыб/с или интервал дискретизации 200 пс, интерполяция выключена. На генераторе выбираем режим формирования прямоугольного сигнала и свипирование в диапазоне от 99,7 нс до 100,3 нс. Поскольку интервал дискретизации осциллографа составляет 200 пс, то при свипировании целое число дискретов составляет 99,8 нс;  100 нс и 100,2 нс. Включаем режим измерения периода и статистическую обработку результатов измерения. Для большей наглядности того, что происходит с массивом данных измерений включим режим построения гистограммы (для осциллографов Tektronix DPO4000, это абсолютно несбыточная мечта…). Результат представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 (щелчок по изображению - увеличение)

Поскольку и источник сигнала и измеряемое устройство идеально сихронизированны, то при «фундаментальном ограничении» и «оперировании с кусочками времени по 0,2 нс» на гистограмме измерения периода должны в явном виде присутствовать три всплеска, расположенные в точках 99,8 нс; 100 нс и 100,2 нс. Но они отсутствуют и причина этого, как раз те самые шумы, сглаживающие форму сигнала.  И тем более это явление будет отсутствовать при использовании внутреннего опорного генератора, когда «дрожание» опорного генератора сильнее. Форма гистограммы измерения периода при этом имеет характерный непрерывный вид для свипированного сигнала, с горообразным всплеском, вызванным обратным ходом развёртки свип-сигнала, что вполне закономерно.

Использование статистики измерений совокупно с шумами сигнала даёт феноменальные возможности по уменьшению погрешности измерений. Действительно ведь если бы факторы дрожания сигнала отсутствовали, то и статистика измерения была бы сухой – присутствовали бы только дискреты цифрового осциллографа. Пара простых экспериментов. Выключаем свипирование генератора и формируем высокостабильный сигнал частотой 10 МГц (100 нс). Результат представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 (щелчок по изображению - увеличение)

Как видно из рисунка 2, наш «сканирующий приёмник», анализируя распределение частоты, выдаёт однозначные результат 100,00000 нс. Изменим период следования сигнала на 0,00001 нс – это минимальное разрешение результат измерения периода. Результат измерения представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 (щелчок по изображению - увеличение)

Наш «сканирующий приёмник» выдаёт результат измерения 100,00001 нс. Установим период следования сигнала на 99,99999 нс. Результат измерения представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 (щелчок по изображению - увеличение)

Результат измерения… 99,99999 нс. Может это особенности проявления единицы младшего (ЕМР) разряда у цифровых осциллографов? Попробуем установить период следования отличный от ЕМР - 100,00003 нс. Результат на рисунке 5.

Рисунок 5 (щелчок по изображению - увеличение)

Результат измерения 100,00003 нс. Как не крути, а результат один – используя широкие возможности осциллографов LeCroy, можно получить значительное снижение погрешности измерения временных интервалов, вне зависимости от того, нравиться это г-ну Шумскому или нет.

Вывод:

1. Неизбежные шумовые явления, при использовании возможностей цифровых осциллографов и методов математической статистики позволяют значительно повысить достоверность измерений, как по временной так и по амплитудной осям, последнее в этой публикации не рассматривалось, хотя также на порядок позволяет повысить точность измерений.
2. Практические результаты измерения осциллографом LeCroy не подтверждают теоретических выкладок  Шумского о «фундаментальном ограничении точности измерения». Причина – наличие горизонтальных шумов. Как видно из примера выше  «фундаментальное ограничение точности измерения» составляет не 0,2 нс, а 0,00001нс, что отличается  в 20000 раз. Хотя, скорее всего эти «фундаментальные ограничения точности измерения» можно наблюдать на осциллографе Tektronix DPO4000, но такой эксперимент то же не проводился.

Г-ну Шумскому впору открывать на своём сайте рубрику «Очевидное и невероятное».

Утверждение 5

«Теперь рассмотрим, как вообще должна проверяться  RMS погрешность измерений: Соответствующая методика есть в мануале TEKTRONIX опять же  для осциллографов серии DPO7000:» и т.д. по тексту с переводом от сэра Шумского.

Ответ: Странно, что эта замечательная методика не прижилась в России. Я не очень большой знаток английского языка, но в переводе от Шумского  так и не уловил – а КАКУЮ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА в течение 30 сек нужно измерять на развёртке 10 нс?  В попытке перевести эти фразы с техническим словарём, этого то же определить не удалось из-за отсутствия таких рекомендаций, не удалось этого найти и в «родном» тексте Tektronix. И какое устройство рекомендует компания Tektronix для формирования импульса длительностью менее 100 нс (10 нс/дел * 10 делений или больше 10 МГц)  с временем нарастания не более 150 пс? Какая погрешность воспроизведения длительности импульса этим генератором, с СКЗ погрешностью длительность импульса 2 пс (исходя из соотношений 1:3 метрологических параметров принятых в России). Рекомендуемое устройство  - это калибратор Fluke 9500B с головкой 9530. Так это только по убеждению Tektronix данный калибратор может формировать импульсы с частотой следования 250 МГц и временем нарастания 150 пс, а на самом деле его частота ограничена 2 МГц, да и погрешность длительности импульса для этого режима  у калибратора 9500B вообще не нормируется. Логично, что подобных бессмысленных экспериментов не предусматривает и утверждённая методика поверки для осциллографа  DPO7000, хотя в качестве утверждённого оборудования указан именно калибратор 9500B. Чёрная магия от Tektronix? Очень похоже на то. Сам-то Шумский хоть раз пытался это проделать? Хотелось бы посмотреть на результаты. С точки зрения теории  - да, не плохо бы оценить всё одним разом и джитер, и шумы, и погрешность опорного генератора. Но как джитер, так  и шумы цифрового осциллографа есть явления аппаратные и не поддающиеся какой-либо регулировке в процессе эксплуатации и не подверженные существенному изменению в процессе  старения. Их значения определяются в процессе разработки и испытаний для целей утверждения типа СИ. Что же касается опорного генератора – то именно его составляющая погрешности наиболее подвержена старению и подлежит верификации в межповерочный интервал. Поэтому, и измеряется именно погрешность установки частоты опорного генератора во время поверки и при необходимости регулируется. Или проверяется погрешность связанных с ним параметров, например частоты дискретизации. Как рекомендует регулировать джиттер и шумы в процессе эксплуатации осциллографа компания Tektronix? Да никак.        

Утверждение 6

«Текст методики поверки осциллографа LeCroy WR6000A ставит читателя просто в тупик».

Ответ: Я не знаю, кандидатом в какие технические науки является тов. Шумский, но эта наука явно не метрология. Я уже отмечал, что г-н Шумский не  прошёл тест на  «ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ», поскольку «нет практического опыты в области радиотехнических измерений». Методика поверки в части определения погрешности измерения временных интервалов,  на самом деле является инновационной и достойной для использования в методиках поверки большинства цифровых осциллографов и основана как раз на определении погрешности частоты опорного генератора. То, что г-н Шумский в ней ничего не понял, это очередное и закономерное следствие теоретика, изучавшего приборы только «по бумажкам». Но если бы он эту методику опробовал, хотя бы для DPO4000, то необходимости писать столько бесполезных слов, анализов, фраз и выводов не было бы никакой необходимости. Хотя, честно, говоря г-н Шумский был близок к «открытию», но он побоялся произнести фразу «стробоскопический эффект». Вообще на эту тему – «Современные методы метрологической оценки погрешности измерения временных интервалов цифровыми осциллографами и практика их применения» материал я начал писать ещё в декабре прошлого года, но так руки так и не дошли завершить начатое. Но сейчас подвернулся случай изложить часть идей.
Итак, существует три метода оценки цифровых осциллографов в части погрешности измерении временных интервалов:

1. Метод задержанной развёртки;
2. Метод прямого измерения частоты.
3. Метод стробоскопического преобразования

Первые два метода рассматривать не будем, а сразу перейдёт к третьему, поскольку именно он и используется в методиках поверки осциллографов LeCroy, GW Instek, АКИП и других, распространяемых нашей компанией.

Сущность этого метода сводится к определению погрешности установки опорного генератора, который является основной составляющей этой погрешности.  На вход цифрового осциллографа подаётся сигнал частотой 10 МГц от достаточно стабильного тестового источника, можно использовать и генератор Г4-164 или даже AFG3000 серии. Длина памяти осциллографа может выбираться из минимальных значений, или фиксацией частоты дискретизации менее 10 Мвыб\с. Коэффициент развёртки устанавливается в пределах 1с -100 мс, в зависимости от удобства наблюдения стробоскопического эффекта. На экране осциллографа будет присутствать низкочастотный сигнал, частота которого определяется из соотношения:

Fстроб = fоп – (n*fтест ±D), где
fтест - частота тестового источника
fоп – частота опорного генератора осциллографа.
D -  абсолютная погрешность частоты опорного генератора

Используя режим автоматических измерений, измеряется частота сигнала в стробоскопическом эффекте. Поскольку в этом режиме измеряются не «хвосты» сигнала задержки, а сам разностный сигнал, то достоверность такого измерения несравненно выше метода 1 и 2, указанных выше. Тем более, как я уже отмечал ранее, у некоторых осциллографов, например всё у того  же DPO4000, генератор задержки работает некорректно и вносит дополнительную ошибку в результат измерения. Влияние же дискретности частоты дискретизации,  джиттера, шумов, формы сигнала и пр. не оказывают никакого значения на стробоскопический сигнал при временах развёртки 1с…100 мс.  На рисунке 6 приведён пример такого измерения специально для осциллографа DPO4000, что бы людям разных конфессий не казалось, что он может быть использован только для осциллографов LeCroy.

Рисунок 6 (щелчок по изображению - увеличение)

Как видно из рисунка абсолютная погрешность установки частоты опорного генератора осциллографа DPO4000 составляет 0,392 Гц или 0,039 ppm при допустимом значении 5 ppm (и для таких измерений DPO4000 вполне хватило и двух разрядов и погрешности в 10%.), И после изменения погрешности частоты опорного генератора отчётливо видно, что ошибки измерения временных интервалов осциллографом DPO4000 возникают не из-за ошибки опорного генератора, а имеют программный характер и скорое всего, как обычно, вызваны недочётами прошивки, как это уже неоднократно было и ещё неоднократно будет.

Форма сигнала, как уже отмечалось, так же не играет никакого значения, и стёб в сторону генератора Г4-164 тут абсолютно не уместен, поскольку явление гистерезиса (или определение уровня 0,5U) не может исказить измеренное значение периода даже во втором знаке. Что касается длины памяти, то при практически при любом значении её длины, на развёртке 1с…100 мс и частоте входного сигнала 10 МГц неизбежно наступит стробоскопический эффект. Если же осциллограф обладает ну очень длинной памятью, как уже отмечалось выше необходимо её ограничить средствами самого цифрового осциллографа.

Если вдруг случилось так, что цифровой осциллограф не имеет возможности автоматического измерения частоты при малых развёртках,  например как некоторые  советские приборы. Тогда погрешность измерения временного интервала определяется изменением частоты источника сигнала 10 МГц при получении «нулевых биений». В этом случае абсолютная погрешность D, будет равна

D = fо - 10 МГц , где fо частота нулевых биений.

К достоинствам метода стробоскопического преобразования можно отнести:

1. Простоту применения при  высокой достоверности измерения;
2. Полная автоматизацию процесса верификации цифрового осциллографа.

Естественно при этом методе отсутствует знак погрешности – плюс или минус, и определяется только её абсолютное значение. При необходимости определения «полярности» погрешности измерения временного интервала, необходимо изменять частоту тестового сигнала 10 МГц в сторону увеличения частоты (или её уменьшения) и если нулевые биения достигаются при частоте более 10 МГц, то погрешность положительная, если частота меньше 10 МГц – то погрешность отрицательная.

Я думаю теперь всем всё окончательно понятно и к.т.нам тоже.

Примечание: Кстати, эту же методику для измерения погрешности временных интервалов предполагалось использовать и для всех осциллографов Tektronix, получивших сертификаты в апреле этого года, но видно сам Tektronix настоял на использовании другой методики поверки. А может, хотели поднять спрос на генераторы с фронтом 150 пс и с непонятной длительностью…

«Наша песня хороша, начинай сначала!»

А сейчас обратимся к новым особенностям прошивки  v.2.06 (релиз от 27.07.07). Как я уже отмечал вначале, предполагалась, что данная прошивка сможет расширить функциональность и улучшить параметры цифровых осциллографов DPO4000 и MSO4000. Дефекты, проявившиеся при «наращивании функциональности осциллографов DPO4000 и MSO4000» были выявлены сразу, но я, сохраняя мораторий на опубликование дефектов в осциллографах Tektronix, введённый по просьбе других, более адекватных, чем г-н Шумский, дилеров компании Tektronix, не считал афиширование новых дефектов осциллографов DPO4000 и MSO4000 большой необходимостью. Но теперь тов. Шумский (и кто-то или что-то заставляющее его это делать через волю) дал мне повод снова поднять этот вопрос и снял моральные обязательства моратория.

Итак, краткое содержание предыдущих серий:

4.07.2006 Дедюхин А.А. в публикации http://prist.ru/info/articles/dpo4k_vs_wr.htm>http://prist.ru/info/articles/dpo4k_vs_wr.htm я отмечал «Первое, что бросается в глаза - это гигантский собственный джиттер осциллографа (обращаю внимание, что даже не большой, а именно гигантский)»

25.09.2006 Шумский И.А. (сначала отпирается) «Ниже скриншоты, отображающие РЕАЛЬНЫЙ ДЖИТТЕР в системе. Обратите внимание, что горизонтальная развёртка – та же, что и в статье Автора! А вот джиттер – нет, не такой!»

10.05.2007 Шумский И.А. (потом подтверждает при анонсе прошивки v.2.01) «в моделях DPO4032, DPO4034, D4054 устранён аномально повышенный джиттер нечётных каналов, проявлявшийся при включении режима усреднения»

А теперь новая серия «саги» «Tektronix и джиттер» и серия «Наша песня хороша, начинай сначала!». Анонсирована новая прошивка, в которой помимо прочих достоинств отмечается, что «За счёт введения программной коррекции положения точки запуска (аналогично другим производителям) существенно улучшен джиттер запуска». В качестве аргумента приведено изображение рис. 7.

Рисунок 7 (щелчок по изображению - увеличение)

Точка запуска в результате программной коррекции действительно выглядит  как при существенно улучшенном джиттере запуска. Но почему дальше от точки запуска сигнал веером расходится в разные стороны? Входной   о сигнал имеет разное время нарастания? Трудно представить, что для представления новых особенностей прошивки используют плохой генератор или «плохой сигнал». Очень похоже, что   алгоритм  «программной коррекции» способен «собрать в кучку» точки сигнала находящиеся на пересечении двух линий  - на пересечении линии горизонтальной линии уровня запуска и вертикальной временной оси с нулевым значением задержки. Но такой алгоритм не в состоянии предусмотреть и компенсировать джиттер на неопределённой форме входного сигнала в точках находящихся в удалении от точки запуска.  Вот и появляется «веер», вязанный влиянием реального джиттера.  Фраза «аналогично другим производителям» пытается представить это безобразие в виде мол, «у всех так и у меня тоже».   На рис. 8 приведено изображение сигнала нарастающего фронта 25 пс (генератор Picosecond 4050B), полученное осциллографом LeCroy Wave Runner 6050А в режиме бесконечного послесвечения. Как видно из рисунка никакого «веера» там нет, да и точка запуска не сводится программно в ноль.

Рисунок 8 (щелчок по изображению - увеличение)

Или другой пример – отображение осциллографом Agilent Technologies MSO 6052 импульсного сигнала с того же генератора 25 пс. Осциллограмма приведена на рисунке 9 . И так же нет никакой программной коррекции точки запуска и веeроподобного сигнала.

Рисунок 9 (щелчок по изображению - увеличение)

Так, что всё-таки у Tektronix DPO4000 всё не как у «других производителей», не надо пускать пыль в глаза и подбивать теорию под результат.

Но самое интересное начинается тогда, когда… у Tektronix DPO4000 переключаются режима сбора информации, а именно выбирается режим пикового детектора, высокого разрешения, или режим усреднения. Очевидно группа энтузиастов улучшающих положение точки запуска в режиме стандартной выборки не подозревала о наличии других режимов сбора информации у этой серии осциллографов Tektronix и гигантский джиттер вылезает снова наружу, как это было полтора года назад. Но если раньше этому не был подвержен режим пикового детектора, то теперь «зараза» прокралась и туда. Если раньше это проявлялось на нечётных каналах, то теперь проявляется на всех каналах без разбора. Если раньше были заражены только модели DPO4032, DPO4034 и D4054, то теперь «вирус» подкосил весь модельный ряд, включая DPO и MSO модели.

Ниже приведены рисунки с краткими аннотациями и режимами сбора информации, полученные на осциллографе MSO4054.

Рисунок 10 (щелчок по изображению - увеличение)

Отображение сигнала, аналогичного рис. 7, 8 и 9. Вроде бы всё «хорошо» (если только  «веер» – это хорошо)…

Изменим режима сбора информации - включим пиковый детектор. Послесвечение выключено. Фронт сигнала «поплыл».

Рисунок 11 (щелчок по изображению - увеличение)

Изменение режима сбора информации - включение высокого разрешения. Послесвечение включено. Фронт сигнала всё продолжает «плыть».

Рисунок 12 (щелчок по изображению - увеличение)

 

Изменение режима сбора информации - включение усреднения. Послесвечение включено. Фронт сигнала всё продолжает «плыть». И это не смотря на то, что режим усреднения доложен снижать влияние джиттера, но… этого не происходит.

Рисунок 13 (щелчок по изображению - увеличение)

Аналогичная картинка на канале 2.

Рисунок 14 (щелчок по изображению - увеличение)

Аналогичная картинка на канале 3

Рисунок 15 (щелчок по изображению - увеличение)

Аналогичная картинка на канале 4.

Рисунок 16 (щелчок по изображению - увеличение)

Теперь явление гигантского джиттера во всех режимах сбор информации, кроме «стандартной выборки» стало присуще всем осциллографам серии DPO4000 и MSO4000 и для всех каналов. Но на этом злоключения «изделия DPO4000» не заканчиваются. Если попробовать картинку, полученную на «осциллографе DPO4000» сместить вверх или вниз, то исходный сигнал также странным образом трансформируется, обрастая нелинейными искажениями. Так на рисунке 17 показано отображение синусоидального сигнала в режиме «стандартной выборки». Изображение вполне нормальное и без искажений.

Рисунок 17 (щелчок по изображению - увеличение)

Ручкой смещения канала 1 сместим картинку вниз. На нижней части сигнала начались весьма сильные искажения видимые даже глазом.

Рисунок 18 (щелчок по изображению - увеличение)

Включим послесвечение для регистрации экстремальных значений этого явления. Результат представления на рисунке 19.

Рисунок 19 (щелчок по изображению - увеличение)

Теперь отчётливо виден и старый добрый друг DPO4000 -  гигантский джиттер и нелинейные искажения во всей красе. Ещё раз отметим, что эта картинка получена в режиме стандартной выборки.

Может и тут у осциллографа Tektronix «как у всех»? Подадим синусоидальный сигнал на вход осциллографа LeCroy WaveRunner, картинка при бесконечном послесвечении приведена на рисунке 20.

Рисунок 20 (щелчок по изображению - увеличение)

Сместим сигнал вниз, картинка приведена на рисунке 21.

Рисунок 21 (щелчок по изображению - увеличение)

Нижняя часть синусоиды уходит вниз – как и должно быть. Искажений сигнала при этом  нет.

Вывод:

• Изобретение новых прошивок для осциллографов Tektronix больше напоминает натягивание на тело маленького одеяла. Накроешь ноги – пузо и голова мёрзнут, натянешь на пузо, поближе к голове - ногам холодно.  Вот так и Tektronix – одно натянул, другое лопнуло. Одно улучшил, но другое испортил, исправил второе – третье стало просто никуда. Я уже ранее отмечал, что это, похоже, и есть главная цель программистов компании Tektronix, что бы не остаться без работы – постоянно изобретать новые «баги», что бы их потом исправлять  быть всегда при деле.
• Новая прошивка для осциллографов Tektronix DPO4000 и MSO4000 лишила пользователей возможности наблюдения и измерения сигнала методом смещения.  
• Если, г-н Шумский, в следующий раз почувствуете удар черенком лопаты по голове, это значит казаки на неё наступили, а вы, идя сзади, увернуться не успели.    
• Вполне соглашусь с г-ном Шумским «Дискуссию пора закрывать за отсутствием аргументов, достойных обсуждения». Хотя странно - ему это ещё в мае говорили….Да и скучно уже дальше крутить эту китайскую поделку DPO4000.

P.S. Когда готовилась эта публикация стало известно о том, что 15 октября 2007 года компанию Tektronix продали. И купила её компания DANAHER (даже шутка быстро появилась - Tektronix теперь это Da-na-her). Хочется искренне надеяться на то, что новые хозяева принципиально разберутся со «старыми софт диверсантами» и, наконец, софт-агония осциллографов DPO4000 и MSO4000 прекратится. Так же интересен тот факт, что на сайте Эликса в новостных в колонках это событие отсутствует. Может, не заметили, как их поставщика продали? А может «оригинальные модели антистатических кресел» (новость от 17 октября 2007 года) стали более интересным товаром для тов. Шумского?

Автор:  Дедюхин А.А.
Дата публикации:  23.10.2007