Oszukaj specyfikację swojego oscyloskopu

Od kiedy firma HP wynalazła MSO w 1996, nawet niskobudżetowe oscyloskopy takie Keysight InfiniiVision 1000 X posiadają coraz więcej instrumentów kontrolno-pomiarowych w jednym pudełku. Takim instrumentem zintegrowanym w oscyloskopie był licznik częstotliwości.

Przy okazji taki częstościomierz możesz otrzymać przy rejestracji oscyloskopu InfiniiVision.

Pasmo
Oscyloskop który posiada pasmo 100 MHz oznacza ni mniej ni więcej to, że możesz obserwować sygnały sinusoidalne  (lub składowe częstotliwościowe sygnałów niesinusoidalnych) o częstotliwości do 100 MHz z tłumieniem mniejszym lub równym 3 dB. Dla przykładu sygnał sinusoidalny 1 V o częstotliwości 100 MHz będzie widoczny jako sinus 707 mV 100 MHz. Wydaje się to dziwne, że możesz mieć sygnał na ekranie o 30% niższy i będzie to normalne, dlatego zawsze powinieneś dać sobie trochę nadwyżki pasma - zwłaszcza jeśli pracujesz z sygnałami cyfrowymi. Pamiętaj, że fala prostokątna jest kombinacją wyższych harmonicznych.
Pasmo odnosi się w zasadzie tylko do tłumienia sygnału, a nie do tego jakie częstotliwości możesz obserwować. Możesz obserwować sygnały o wyższych częstotliwościach, po prostu będzie miały mniejszą amplitudę.


Oscyloskop pokazuje przebieg fali 2,5 Gb / s przy różnych szerokościach pasma. Nawet przy 200 MHz nadal widoczny jest sygnał, ale nie jest to dokładna reprezentacja sygnału.

Zwykle nie ma to znaczenia dla codziennego używania oscyloskopu. Możesz zobaczyć zaokrąglone wierzchołki tam gdzie powinna być ostra fala prostokątna, ale prawdopodobnie nie zmieni to Twoich decyzji technicznych. Jednak, gdy używasz wbudowanego licznika częstotliwości, możesz wykorzystać to zjawisko na swoją korzyść.

Jak działa licznik częstotliwości 
Aby zrozumieć, w jaki sposób można wykorzystać tłumienie na swoją korzyść, należy zrozumieć, jak działa licznik częstotliwości. Nazywa licznik częstotliwości jest dość trafna, ponieważ on dosłownie liczy. Zlicza zbocza, które widzi w określonym czasie - zwanym bramką. Częstotliwość jest następnie obliczana w następujący sposób:
Częstotliwość = Liczba zboczy / Czas bramki


Zabytkowy już licznik HP 

Dlaczego oscyloskopy tworzą świetne liczniki
Jak się okazuje, obwód wyzwalający oscyloskopu często ma komparatory wbudowane w ścieżkę sygnału (dla wyzwalania zboczem i nie tylko). Jeśli dobrze to zaplanować nie jest trudno zbudować licznik częstotliwości w oscyloskopie. Może to wymagać dodatkowego sprzętu, ale podstawowe elementy są już wbudowane.
Najważniejszą specyfikacją licznika częstotliwości jest dokładność. Im wyższa dokładność podstawy czasu, tym dokładniejszy jest licznik. Oscyloskopy muszą mieć bardzo dokładną podstawę czasu, więc wbudowany licznik może po prostu wykorzystać zegar oscyloskopu.
Obwód wyzwalający oscyloskopu często ma swoją własną specjalną ścieżkę sygnałową zaprojektowaną do wyodrębniania sygnału właściwego i ignorowania szumu i innych komponentów. W przeciwieństwie do obwodów akwizycji oscyloskopu, obwód wyzwalający nie musi odtwarzać sygnału z wysoką dokładnością. Musi tylko wykonać fantastyczną robotę znajdowania krawędzi. Tak więc, licznik częstotliwości może po prostu użyć ścieżki sygnału wyzwalającego oscyloskopu zamiast ścieżki sygnału pozyskiwania i uzyskać lepsze odwzorowanie sygnału..

Podsumowując

1. Na oscyloskopie możesz obserwować sygnały (lub jego krawędzie) z większą częstotliwością niż pasmo oscyloskopu, ale sygnał będzie miał tłumioną amplitudę.
2. Liczniki częstotliwości liczą tylko krawędzie, nie interesuje ich amplituda sygnału
3. Oscyloskop posiada wbudowaną ścieżkę sygnału dedykowaną do wykrywania zboczy.

Tak więc licznik częstotliwości wbudowany w oscyloskop może teoretycznie mierzyć częstotliwości wyższe niż szerokość pasma oscyloskopu. Pytanie brzmi: o ile wyższe?
Jedną z zalet współpracy z Kesightem jest to, że nie trudno odpowiedzieć na to pytanie. Wyciągnąłem 100-MHz tani oscyloskop Keysight 1000 X-Series i komediowo niepotrzebny Keysight 67-GHz PSG (bo czemu nie) i uruchomiłem przemiatanie częstotliwości, aby zobaczyć, jak wysoka może być częstotliwość mierzona przez licznik częstotliwości oscyloskopu.


Sygnał sinusoidalny 529 MHz wygenerowany przez PSG 

Rezultaty przerosły wszelkie oczekiwania!
Licznik 100 MHz może wykonać pomiar do 529 MHz! To ponad 5 razy więcej niż częstotliwość oscyloskopu.

Dodatkowa dokładność
Jedną z najważniejszych cech licznika częstotliwości jest dokładność podstawy czasu.
W przypadku oscyloskopu ze zintegrowanym licznikiem częstotliwości specyfikacja licznika zwykle pasuje do specyfikacji oscyloskopu. Jednak w przypadku niektórych oscyloskopów można użyć zewnętrznego odniesienia 10 MHz i poprawić dokładność podstawy czasowej oscyloskopu do dokładności źródła 10 MHz. Jeśli zwiększysz dokładność swojego oscyloskopu, zwiększysz także dokładność wbudowanego licznika.


Zrzut z ekranu licznika mierzącego 529 MHz wbudowanego w oscyloskop o paśmie 100 MHz

Wnioski? Poznaj swój sprzęt!
Zawsze fajnie jest znaleźć ukryty klejnot w swoim sprzęcie testowym. Posiadanie solidnej wiedzy o podstawach twojego sprzętu nie tylko pomoże ci uzyskać lepsze, dokładniejsze pomiary, ale także pomoże ci uniknąć pułapek, które mogą doprowadzić cię do niewłaściwej ścieżki debugowania.