Серия MDO-72000E: новые комбинированные цифровые осциллографы с анализатором спектра от компании GW Instek «5 в 1»

Cерии: MDO-72000EG | MDO-72000EX

Обычные цифровые осциллографы (ЦЗО) среднего класса не в полной мере соответствуют запросам клиентов в части выполнения основных измерений сигнала в частотой области в связи с тем, что функция БПФ (быстрое преобразование Фурье / FFT) является только возможностью, предлагаемой осциллографами для обработки измерений в частотном домене. Следовательно, отображаемый спектр является реализацией только базовых алгоритмов БПФ, что обеспечивает лишь весьма ограниченную информацию о сигнале при измерениях в частотном домене.

В отношении режима FFT первое впечатление большинства инженеров следующее, - функция частотного разложения, обеспечиваемая БПФ по сути не является измерением спектра, а также (по их мнению) с БПФ довольно сложно работать. Операционная логика и алгоритм функции БПФ ограничены параметрами заданной скорости выборки (дискретизации) исходных каналов анализа и числом расчетных точек для БПФ. Часто сталкиваясь с данными ограничениями и условиями при использовании БПФ, инженеры испытывали трудности при выполнении частотного анализа, и как следствие - имели негативный практический опыт. Кроме того, многие инженеры не осведомлены о наличии корреляции между дискретизацией сигнала в домене времени и частотой сигнала исследуемого объекта при работе в режиме БПФ. Невозможно добиться правильного отображения спектра (визуализации), если должным образом не установлена развертка по горизонтали (horizontal scale). Чтобы справиться с этой проблемой пользователи должны неоднократно переключаться между выполнением регулировок в меню временной развертки (time division) и регулировками функции БПФ в частотной области и, таким образом, изменять настройки с целью отыскания наиболее оптимальных условий и положений органов управления. В дополнение к вышеперечисленному, надо учесть фактор недостаточной вычислительной эффективности центрального процессора (ЦП/ CPU) аппаратной платформы, что в значительной мере ограничивает возможности и производительность осциллографов среднего класса при выполнении спектральных измерений.

Рисунок 1.

Новая серия MDO-72000E была специально разработана для предоставления опытным пользователям СИ лучших ресурсов и новых возможностей в вопросе измерения спектра (см. рисунок 1).

Без сомнений, в качестве прибора для анализа сигнала в частотой области оптимальным средством измерений является анализатор спектра, который для таких приложений следует рассматривать в первую очередь. Однако его прецизионность при измерении и высокая цена зачастую обуславливают значительные эксплуатационные расходы и затраты на поддержку его работоспособности, особенно в случаях не правильной работы с ним. Лишь немногие лаборатории учебных заведений в ряде стран готовы предоставить в распоряжение каждого (!) из своих студентов полнофункциональный дорогой спектроанализатор для тестов и научных опытов. В итоге получается, что слушатели заведений профессионального обучения, а также студенты технических колледжей или университетов не имеют личного практического опыта по использованию анализатора спектра. Та же самая проблема возникает с инженерами-разработчиками подразделений R&D (НИОКР) в сфере средних и малых предприятий индустрии и радиоэлектроники. Встроенный анализатор спектра в новой серии MDO-72000E позволил пересмотреть функциональность осциллографа, как незаменимого средства измерений, и теперь позволяет каждому студенту иметь ещё и свой анализатор спектра, что называется - «под рукой».

Решая эту задачу компания GW Instek (Тайвань) сфокусировалась на образовательных учреждениях и сегменте рынка измерительных приложений предварительной для отладки продуктов, имея ясную цель разработки индивидуальной серии MDO-72000E - «Всё в одном приборе/ all-in-one». Серия включает две линейки: MDO-72000EG и MDO-72000EX. Модели MDO-72000EG имеют встроенный спектроанализатор и 2-х канальный генератор сигналов произвольной формы 25 МГц (AWG). Более продвинутые осциллографы линейки MDO-72000EX, кроме этого, имеют встроенный цифровой мультиметр (индикация «5.000») и двухканальный источник питания (5В/1A). Родоначальники новой категории СИ, модели MDO-72000EX являются сегодня единственными (!!!) осциллографами на рынке СИ и оборудования T & М, которые оснащены встроенным цифровым мультиметром/ DMM и источником питания.

Анализатор спектра в серии MDO-72000E обеспечивает отображение как формы сигнала во временном домене каждого из входных каналов (визуализация осциллограмм) в сочетании с простой и удобной в использовании функцией спектрального анализа (измерения в частотном домене). При разработке новинок использована технология анализатора спектра реального времени, которая реализована на базе высокопроизводительного процессора и оптимального алгоритма обработки отсчетов на всей длине памяти. В основе реализации серии MDO-72000E использована платформа XilinxZynqSoc* в качестве аппаратного ядра для организации вычислений и обработки сигнала.

*- Платформа Xilinx Zynq SoC – новое семейство продуктов от Xilinx, которое объединяет в одном чипе процессор ARM и ПЛИС. ZynqSoc сочетает программные возможности высокопроизводительного процессора и гибкую, адаптируемую архитектуру FPGA, обеспечивая высокий уровень производительности, гибкости и масштабируемости в сочетании с низким энергопотреблением. В отличие от традиционных систем на кристалле (SoC), программируемая логика Zynq позволяет легко изменять архитектуру системы, приспосабливая её под решение конкретной задачи при помощи специализированных периферийных устройств или модулей расширения.

Внутренняя процессорная система выполнена на базе аппаратного блока, удовлетворяющего всем требованиям для обеспечения огромного объема вычислений и процессинга. В её состав входит 2-х ядерный процессор ARM Cortex-A9 (частота тактирования 1 ГГц) с расширением NEON (сопроцессор) и поддержкой выполнения операций с плавающей запятой с обычной и двойной точностью (FPU/ Floating-Point Unit).

Некоторые осциллографы среднего класса от других поставщиков используют одноядерный процессор и в большинстве таких продуктов внутренняя частота тактирования не превышает 500 МГц (clock), что не не соответствует большому объему требуемых вычислений. Подытоживая перечисленное, другие производители не могут обеспечить аналогичных функций и производительности. Во время работы с анализатором спектра MDO-72000E пользователь может задать центральную частоту/CF, ввести значения полосы обзора/ Span, начальной и конечной частоты качания (развертки) – выполнить именно те настройки, которые продиктованы требованиями к испытанию. Таким образом, оператор сможет быстро и интуитивно наблюдать необходимый частотный диапазон и спектр сигнала, позволяя применить весь свой опыт с точки зрения пользовательского интерфейса реального анализатора спектра. Контролируя отображение сигнала в частотном домене, инженеры могут наблюдать и измерять характеристики формы сигнала, которые трудно выявить, располагая лишь представлением сигнала по оси времени, например, гармонический состав входного колебания или частотные характеристики модулирующего сигнала (в режиме модуляции).

Встроенный генератор СПФ (AWG) в моделях серии MDO-72000E обеспечивает выдачу 13 форм выходного сигнала, поддерживает функции AM/FM/FSK модуляции. Наличие такого генератора и встроенного спектроанализатора представляет собой идеальное сочетание ресурсов для измерений как во временном, так и в частотном домене, выполняемых в ходе экспериментов в сфере электроники в образовательных учреждениях. Цифровой мультиметр в MDO-72000EX воспроизводит значения с разрядностью до «5000», обеспечивая все основные виды измерений параметров при разработке изделий. Каждый измерительный уровень точно калибруется за счет выполнения прецизионных процедур внутренней калибровки. Предлагаемое некоторыми производителями осциллографов общего назначения измерение напряжения (DVM) является лишь функциональным расширением режима автоизмерений по напряжению, который при этом имеет погрешность всего ~3%. Такой показатель погрешности измерений не может конкурировать с высоким классом точности универсального цифрового вольтметра (DMM). Наличие встроенного мультиметра с более точным измерением напряжения и тока усиливает конкурентные преимущества цифрового запоминающего осциллографа серии MDO.

Дополнительно в моделях MDO-72000EX имеется источник питания постоянного тока с двумя независимыми и регулируемыми выходами 5 В/ 1A, который может обеспечить электропитание разрабатываемых плат и часто используемого модуля «интернета вещей» (IoT /Internet of Things) 8051/ Arduino/ ESP8266/ MSP430 в экспериментах по изучению процессоров и микроконтроллеров. Кроме того, IoT устройства при подключении датчиков и периферийных компонентов используют такие последовательные шины как UART, I2C и SPI. Осциллографы MDO-72000E стандартно оснащены функцией синхронизации и декодирования последовательных сигналов (включая декодирование по шине CAN, LIN), что делает новую серию идеальным выбором для IoT экспериментов в учебных курсах технических образовательных учреждений всех уровней (колледж/ ВУЗ).

Рисунок 2.

В обычных цифровых осциллографах входной сигнал в режиме БПФ/ FFT всегда анализируется в полосе пропускания равной половине частоты дискретизации (0,5 Fs/ sampling rate). При этом недостаточные вычислительные ресурсы не позволяют им выполнить БПФ преобразование на большом интервале точек сигнала. Пользователи не имеют подробной информации о частотных компонентах сигнала из-за недостаточного разрешения по частоте в итоговом результате вычислений, в то время как MDO-72000E анализирует весь интересующий спектр отсчетов сигнала. По сравнению с классическим БПФ осциллограф серии MDO-72000E позволяет инженерам эффективно проводить измерения и анализ сигнала в частотной области. На рисунке 2 показано БПФ (FFT) обычных ЦЗО (сверху) по сравнению с представлением спектра в анализаторе спектра комбинированно осциллографа MDO-72000E (внизу).

Сравнивая функциональность типового анализатора спектра надо отметить, что анализатор MDO-72000E может выполнять измерения в диапазоне ниже минимальной частоты (< 9 кГц). Значение 9 кГц является предельной частотой для измерений в анализаторах данного класса, а MDO-72000E можно использовать и для частотного анализа в НЧ области в области вибро- и звуковых частот. Пользователям выполняющим измерения шумов на частотах близких к DC, следует обратить внимание на показатель «Максимально допустимый уровень входного сигнала», ибо в случае перегрузки входного тракта, последующий ремонт прибора будет весьма дорогостоящим. Схемотехнически анализатор MDO-72000Е использует часть входного тракта осциллографа, поэтому его точность по вертикали не может конкурировать с традиционными анализаторами спектра. Но при этом широкий диапазон входных напряжений обеспечивает возможность частотного анализа сигнала с постоянной составляющей без угрозы повреждения прибора. Серия MDO-72000E универсальна с точки зрения тестовых приложений, поэтому может быть рекомендована для использования в электронных экспериментах учебных программ профессиональных школ и технических университетов.

Традиционный анализатор спектра в режиме свипирования в единицу времени может обрабатывать сигнал только в узком диапазоне частот. Каждое качание занимает от нескольких мс до десятков мс. Спектр строится из сотен и тысяч таких качаний (проходов развертки), поэтому для его формирования в целом требуется некоторое время. В режиме реального времени входной сигнал поступает на понижающий конвертер (перенос по частоте), после чего выполняется его дискретизация на частоте ПЧ. Далее выполняется обработка высокоскоростным DSP-процессором, при этом в качестве данных используются результаты выборки. Таким образом, все компоненты спектра формируются одновременно. В анализаторе MDO-72000E в зависимости от частотного диапазона на входе автоматически выбирается оптимальная частота дискретизации. Необходимые данные для построения спектра также берутся из выборки, но при этом скорость обработки намного выше за счет использования процессора семейства Zynq SoC (на монокристалле). Поэтому время на построение спектра даже при большом объеме вычислений (!) в MDO-72000E требуется значительно меньше, чем в традиционном анализаторе.
Приведенные ниже 3 иллюстрации (скриншоты экранов) наглядно показывают результаты спектральных вычислений при анализе частотно-манипулированного/ ЧМн сигнала (FSK) выполняемых анализатором спектра MDO-72000E по сравнению со спектром БПФ от двух цифровых осциллографов разных производителей. Параметры ЧМн-сигнала следующие: форма –синус, амплитуда 500 мВп-п, fmax: 10,2 МГц, fmin: 10,0 МГц, скорость модуляции 10 кГц.

Рисунок 3.

На верхнем экране (рис. 3 справа) представлен спектр отображаемый анализатором спектра MDO-72000E. Пользователи могут непосредственно задавать значения центральной частоты (CF) и полосу обзора (Span) интуитивно понятным и быстрым способом. На дисплее на спектрограмме сигнала четко наблюдаются fmax и fmin.

Рисунок 4.

Центральный экран (рис. 4) является часто наблюдаемым отображением спектра в режиме БПФ типового осциллографа. Левая граница спектра начинается с DC (сигнал низкой частоты) и максимальная частота справа – половина значения F дискретизации (может быть перенесена вправо или за пределы границ). Настройка Span для анализа спектра может выбираться из фиксированных значений с шагом 1-2-5. Таким образом, у пользователей нет возможности задать диапазон согласно их требованиям, что крайне неудобно для управления прибором при анализе. Фактически переключение множителя обеспечивает проведение расчета Zoom In / Out оригинального FFT спектра при этом дискретизация в процессе вычисления остается неизменной. Пользователи могут легко достигать верхней и нижней границы диапазона, что полностью отличается от работы спектроанализатора общего типа с точки зрения опыта работы с таким оборудованием. Самое главное то, что независимо от того, как изменяется настройка, - нельзя определить в спектре важные для анализа значения fmax и fmin.

Рисунок 5.

Нижний экран (рис. 5) является спектром, полученным с помощью БПФ от производителя осциллографа другой, весьма известной марки. При этом тоже обеспечивается настройка параметра Span (шаг регулировки 1-2-5), но результат будет таким же, как и в предыдущем случае, который приводит только к расчетам Zoom In/ Out в спектре БПФ, но число отсчетов в вычислениях частотного преобразования FFT не увеличилось. Поэтому этот метод является абсолютно бесполезным для увеличения разрешения по частоте. Таким образом, fmax и fmin в данной спектрограмме также не могут быть определены.

Пользователи будут видеть fmax и fmin появляющиеся на экране - попеременно, если обычный измерительный анализатор с расширенным спектром используется для проведения измерения на модулированном сигнале указанном ранее. Причина в том, что каждый одновременный вывод fmax и fmin затруднен, и для такой индикации на экране этого потребуется значительно больше времени на обработку.

Параметры анализатора спектра MDO-72000E включают в себя возможность настройки типов отображения кривых спектра (спектрограмм): нормальный вид, удержание Макс/ Мин и Усреднение. Пользователи могут свободно выбирать различные виды графического представления спектра для одновременного отображения на экране, как показано на нижеследующих изображениях.

Рисунок 6.

Метод детектирования: мгновенное значение (Sample), + пик, - пик и среднее значение (Average) могут устанавливаться отдельно для каждой кривой спектра. Кроме того, пользователям с помощью функции «Курсор» доступно вручную отметить соответствующие точки на спектрограмме, чтобы получить интересующие их амплитудные (по вертикали) или частотно-спектральные значения (по горизонтали). Функция «Поиск» (Search) также поддерживается во всём массиве данных представления спектра по логарифмической шкале (в таблице пиковых значений). Амплитуда частотных компонент отображается в dB, а с помощью маркера можно получить данные соответствующих маркерных измерений. На рис. 6 отображен спектр FM сигнала.

Рисунок 7.

Пользователи могут применять функцию Поиск (Search) с целью обнаружения и выделения интересующих параметров компонент среди нескольких значений компонент спектра (амплитуда/ частота). Методы детектирования включают выбор макс. пикового значения (Max. peak) и порогового уровня (threshold). Результаты измерений отображаются на экране (рис. 7) или при необходимости могут быть сохранены в память (на flash носитель). Пример отображения спектра AM-сигнала показан на рис. 8

Рисунок 8.

Рисунок 9.

Генератор сигналов

Каждый осциллограф MDO-72000E имеет встроенный 2-х канальный генератор сигналов произвольной формы до 25 МГц с возможностью модуляции (рис. 9) (выходы на задней панели), обеспечивая при этом разрешение по вертикали 14 бит, частота дискретизации 200 МГц. Доступны 13 форм выходных сигналов (синус, прямоугольник, импульс, пила, пост. смещ. / DC, шум, Sinc, Гаусса, Лоренца, экспоненциальное нарастание / спад, полусинус / Haversine, кардиоритм / Cardiac). Предусмотрены функции модуляции AM / FM / FSK и качания (ГКЧ). Удобный пользовательский интерфейс и продуманное меню генератора обеспечат оптимальные возможности для сферы образования, а также измерительных приложений, таких как, испытания с целью моделирования различных схем РЭА.

Рисунок 10.

Встроенный генератор сигналов произвольной формы (СПФ) имеет длину памяти 16 К на канал. Пользователи могут загружать основные формы сигналов произвольной формы и затем редактировать их параметры. Доступно изменение формы сигнала в меню режима «Нормально» (текущее выходное колебание) и в функции редактирования Edit (рис. 10). Отредактированные сигналы могут быть сохранены как UAW-файлы для возможности последующего доступа к их данным (отсчетам).

Рисунок 11.

Цифровой мультиметр

В дополнение к функциям осциллографа, генератора СПФ и анализатора спектра старшие модели MDO-72000EX расширили свои измерительные ресурсы за счет наличия встроенного мультиметра (DMM – рис. 11) с максимальной индикацией «5.000» и источника питания постоянного тока, имеющего два регулируемых канала 5В/ 1A. Мультиметр обеспечивает поддержку измерения: напряжения (ACV; DCV), тока (ACA; DCA), сопротивления и температуры, тестирования, диодов.

Рисунок 12.

Источник питания

Встроенный источник питания обеспечивает выдачу до 5В (при нагрузке 1А) с разрешением установки Uвых 0,1В. Он удовлетворяет требованиям по выдачи напряжения питания типовых номиналов 5 В и 3.3В (рис. 12) для задач образовательного процесса и тестирования цифровых цепей при хорошей дискретности регулировки напряжения и наличием защиты от перегрузки по току.

Цифровой регистратор

Во всех моделях новой серии поддерживается функция цифрового регистратора (data log) благодаря новой универсальной программно-аппаратной прошивке (firmware v1.29) предназначенной для серий GDS-72000E/ MSO-72000E/ MDO-72000E. С этой полезной функцией MDO-72000E может заменить одноканальный регистратор данных (низкоскоростной оцифровщик) и сэкономить деньги, в случае если перед клиентом стоит задача организации длительной регистрации сигнала (процесса). Например, это такие приложения как регистрация изменений напряжения источника питания (флуктуаций на шине), запись показаний сигнальных датчиков (сенсоров) и др.

Рисунок 13.

Рисунок 14.

В качестве источника данных выбирается аналоговый вход осциллографа с целью последующего сохранения информации о сигнале в виде изображения (PNG-файл – рис. 13) или CSV-файла (рис. 14).

Рисунок 15.

Общая продолжительность времени регистрации при записи данных составляет до 1000 ч (минимальный шаг выборки 0,5 сек - рис. 15). Информация цифрового регистратора может быть сохранена на внешнее USB-устройство памяти (flash), во внутреннюю память осциллографа (32 МБ) или через порт LAN на внешний управляющий компьютер.

Примечание: для ранее выпущенных моделей GDS-72000E/ MSO-72000E (с версией FWv1.28) максимально доступное время регистрации составляет до 100ч: 59 мин: 59сек: 500 мс.

За исключением новых функций и возможностей, аппаратные характеристики MDO-72000EG / MDO-72000EX идентичны предыдущей линейке GDS-72000E. Осциллографы-анализаторы спектра оборудованы высококонтрастным дисплеем (диаг. 20см), выбор требуемой полосы пропускания из 3-х номиналов: 200 МГц, 100 МГц и 70 МГц. Двухканальные модели обеспечивают дискретизацию 1 ГГц на канал в реальном времени, максимальная дискретизация осциллографов с 4-мя аналоговыми каналами составляет 1 ГГц (при объединении). Высокая скорость обновления сигнала на экране 120.000 осц/с и минимальное значение К откл = 1 мВ/дел (диапазон усиления по вертикали) позволяют применять новинки для измерения сложных низкоуровневых сигналов, четко отображать захваченные сигналы и результаты их измерений.

Что касается глубины памяти, то модели серии обеспечивают пользователю длину памяти 10 М/кан, чтобы полностью «извлекать» и анализировать сигналы. Исходя из требований приложения доступно выбрать глубину памяти 1К, 10К, 100К 1М или 10М. С одной стороны, малая глубина памяти, соотнесенная с высокой скоростью обновления позволит наблюдать быстро меняющиеся сигналы (фронты, глитчи). С другой стороны, выбор длинной памяти обеспечит наблюдение малых вариаций формы входного сигнала с целью его максимальной детализации при анализе. Функция поисковой машины (Waveform search) и режим сегментированной памяти за счет наличия длиной памяти до 10 М существенно расширяют гибкость в потенциальных приложениях. В функции «Сегментирование» вся внутренняя память делится на 29.000 блоков (сегментов) позволяя оператору выделять в потоке данных на входе аномальные события из непрерывного полезного сигнала. Пользователь также может применить функцию воспроизведения (Play) для быстрого пролистывания всех осциллограмм сигналов собранных системой сбора данных. С помощью функции поиска сигнала (waveform search) можно быстро выполнить в памяти поиск искомого сигнала на длительном интервале захвата данных согласно заданных условий запуска.

Серия MDO-72000E отображает результат быстрого преобразования Фурье (БПФ) входного сигнала на длине 1M, обеспечивая представление спектра с высоким разрешением по частоте. Новинки благодаря высокому быстродействию обновления осциллограмм на экране, цифровой растяжке окна (Window Zoom) и функции поиска пиковых значений (Peak Search) представляют собой оптимальный выбор для анализа в частотно-временной области (смешанный домен) с точки зрения привлекательной стоимости осциллографа и его многофункциональности.

В комплект поставки для моделей 72ххх-EG входит: шнур питания (1), делитель 1:1/1:10 (2/4 по числу кан.), кабель GTL-110 (2, BNC-BNC), РЭ (1, CD-диск).
Стандартный состав серии 72ххх-EX: шнур питания (1), делитель 1:1/1:10 (2/4 по числу кан.), кабель GTL-110 (2, BNC-BNC), кабель ист. питания 1м GTL-105А (1, «банан»-«крокодил»), кабель мультиметра 0,8м GTL-207 (1, «банан»- щуп 4мм), РЭ (1, CD-диск).

На все модели серии представляется гарантия изготовителя 3 года.

Возврат к списку

У нас представлены товары лучших производителей

ПРИСТ предлагает оптимальные решения измерительных задач.

У нас вы можете купить осциллограф, источник питания, генератор сигналов, анализатор спектра, калибратор, мультиметр, токовые клещи, поверить средства измерения или откалибровать их. Также мы поставляем паяльно-ремонтное оборудование, антистатический инструмент, промышленную мебель. Мы имеем прямые контракты с крупнейшими мировыми производителями измерительного оборудования, благодаря этому можем подобрать то оборудование, которое решит Ваши задачи. Имея большой опыт, мы можем рекомендовать продукцию следующих торговых марок: