Sinyal bütünlüğü açısından bir osiloskop nasıl seçilir
Çevremizdeki donanım mühendislerinin sinyal bütünlüğü konusundan sık sık bahsettiklerini duyuyoruz. Peki sinyal bütünlüğü tam olarak ne anlama geliyor?
Sinyal Bütünlüğü (Signal Integrity: kısaca SI), sinyal hattındaki sinyal kalitesini ifade eder ve sinyalin devrede doğru zamanlama ve voltajla yanıt verme yeteneğidir. Devredeki sinyal gereken sıra, süre ve voltaj genliği ile alıcı uca ulaşabildiğinde, devre iyi bir sinyal bütünlüğüne sahiptir. Sinyal bütünlüğü sorunları arasında, aralıklı saat salınımlarına ve veri hatalarına neden olabilen yanlış tetikleme, sönümlü salınım, aşma, aşma vb. Yer alır.
Tasarım sürecinde sinyal bütünlüğü vazgeçilmez bir husustur.Elbette sinyal testi ve hata ayıklamada sinyal bütünlüğü sorunlarına da dikkat etmeliyiz aksi takdirde ölçüm sonuçlarında hatalara neden olur ve mühendisin yargı, hata ayıklama ve devrenin iyileştirilmesini etkiler. yön.
Temel elektronik sinyal ölçümünde, sinyali ölçmek için genellikle bir osiloskop seçeriz. Bu nedenle, bütünlük ölçümüne sinyal göndermeye elverişli bir osiloskobun nasıl seçileceği özellikle önemlidir. (Bu makaledeki ana tartışma bir dijital osiloskoptur) Daha sonra, sinyal bütünlüğünün ölçümünü etkileyecek faktörleri esas olarak birkaç genel yönden tanıtacağız.
Bir, bant genişliği
Bant genişliği, osiloskoplar hakkında en doğrudan tanıdığımız bir indekstir. Frekansın belirli bir değere yükseltilmesi ve giriş sinyali genliğinin sadece 3dB kadar zayıflatılmasına karşılık gelen frekans noktasını ifade eder. Sinyal bütünlüğü ölçümü için bant genişliği ne kadar yüksekse o kadar iyidir. Bu cümle bir anlamda doğrudur.
Herhangi bir sinyalin sayısız harmonikten oluşan bir süperpozisyona ayrıştırılabileceğini biliyoruz. Teorik olarak, bant genişliği test edilen sinyalin enerjisinin% 99,9'unu kapsar ve ölçüm hatası% 3'ten az olabilir. Tutarlı deneyimlerimize göre, bant genişliği gereksinimi test edilen sinyalin 5 katıdır. Ancak, temel frekansı çok düşük olan, ancak hızlı yükselme süresine sahip bir sinyal var, bu muhtemelen çınlamaya neden olabilir, bu da yüksek harmonik enerjinin büyük bir orana sahip olduğu anlamına gelir. Şu anda, 5 kez yöntemi artık uygulanamıyor ve enerjinin% 99,9'unu hangi frekansta karşılayabileceğimizi bilemiyoruz. Seçilen bant genişliği düşükse, bu yüksek frekanslı bileşenlerin gözden kaçacağı anlamına gelir ve osiloskop üzerindeki sinyali doğru şekilde yeniden oluşturamayız.
Bu nedenle, bir osiloskopun nasıl seçileceğini düşündüğümüzde, sadece bant genişliğinin etkisini değil, aynı zamanda yükselme süresinin etkisini de dikkate almalıyız. Bunların her ikisi de sinyal bütünlüğünü etkileyen önemli faktörlerdir.
İkincisi, yükselme zamanı
Aslında yükselme süresi sadece yukarıda bahsettiğimiz sinyalin yükselme süresine işaret etmez, aynı zamanda osiloskop için yükselme süresi göstergesine de sahiptir.
Bunu analiz etmek için neden artış süresini bant genişliğiyle aynı yüksekliğe götürüyoruz? Aynı bant genişliği performansına sahip iki osiloskopun farklı yükselme sürelerine sahip olduğunu hayal edin. Öyleyse, sinyali ölçebilmemiz için, sinyali daha doğru ölçmek için hangisini seçmeliyiz? Özellikle hızlı kenarlar ve yüksek hızlı seri sinyaller gibi bazı karmaşık sinyalleri ölçerken.
Öncelikle osiloskobun yükselme zamanının ne anlama geldiğini açıklayalım. Teorik olarak, osiloskop amplifikatörünün adım tepkisidir ve osiloskop ön yükselticisinin geçici yanıt kapasitesini yansıtır. RC modelinin Gauss yanıtına dayanarak şunları türetebiliriz:
Yükselme süresi = 0.35 / bant genişliği
Aslında, gerçek osiloskop bant genişliği ile yükselme süresi arasındaki ilişki 0.35-0.5 olabilir. Bu, osiloskobun frekans yanıt eğrisinin şekline bağlıdır. Bazı osiloskoplar Gauss tipi kullanır, bazıları dördüncü derece Bessel tipidir ve bazıları yükseltilmiş kosinüs tipidir.
Ancak gerçek ölçümde, osiloskop, sinyali ölçmek için probla birlikte çalışır.Bu şekilde, osiloskop ve prob bir sistem oluşturur.Aşağıdaki sonuçları elde edebiliriz:
Rise_Time Measure2 = Rise_Time kapsamı2 + Rise_Time Probe2 + Rise_Time Signal2
Osiloskopun ve probun yükselme süresi ne kadar küçükse, sinyalin gerçek rekonstrüksiyonu için o kadar elverişli ve sinyal ölçüm hatası üzerindeki etki o kadar az olur.
Bu, aynı bant genişliğinde bile bir osiloskobun sinyal bütünlüğünü ölçebilme yeteneğinin osiloskobun yükselme süresiyle ayırt edilebileceği anlamına gelir.
Bir osiloskobun gerçek yükselme süresi bant genişliği ile hesaplanamaz En güvenilir yöntem sadece ideal bir adım sinyali ile ölçülebilir.
Üç, frekans tepkisi
Yukarıda belirtilen bant genişliği ve yükselme süresine ek olarak, bant genişliği içinde düz bir yanıt olup olmadığını da dikkate almalıyız. Düzensiz bant içi yanıt, sinyal bozulmasına neden olabilir. Bu nedenle, osiloskop aynı bant genişliğine sahipken, osiloskop üreticisinden araştırma için osiloskobun frekans yanıt grafiğini sağlamasını da isteyebiliriz. Resim Dingyang SDS3000X osiloskobunun genlik-frekans karakteristik eğrisini göstermektedir.Banttaki 4 kanalın eğrilerinin hepsinin tutarlı ve pürüzsüz olduğu görülmektedir.
Şekil 1 SDS3000X osiloskop genlik-frekans karakteristik eğrisi
Dört, ADC
Dijital bir osiloskobun özü, bir analog sinyali ayrı noktalara örneklemektir. Sürekli analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştürmenin ayrıklaştırma sürecinde, sürekli analog sinyalleri yeniden birleştirmek için sonsuz sayıda ayrık dijital seviye olmadığından, gerçek analog voltaj değeri ile karşılık gelen dijital seviye değeri arasında her zaman bir boşluk olacaktır. Sapma, bu sapma değerine niceleme hatası denir.
Analogdan dijitale dönüştürücünün (ADC) bit sayısı, osiloskobun minimum niceleme seviyesini belirler ve bu aynı zamanda dijital osiloskobun çözünürlüğünü de belirler. ADC bitlerinin sayısı ne kadar yüksekse, çözünürlük o kadar yüksek olur. 8 bitlik bir ADC, 28 = 256 niceleme düzeyini temsil eder ve 10 bitlik bir ADC, 210 = 1024 niceleme düzeyini temsil eder. 12 bitlik ADC, 212 = 4096 niceleme seviyesini temsil eder. ADC bitlerinin sayısı ne kadar yüksekse, niceleme hatası o kadar küçüktür, bu da sinyal bütünlüğü ölçümüne daha elverişlidir.
Ek olarak, sadece önceden belirlenmiş sayıda ADC biti olan bir osiloskop seçebiliriz. En iyi çözünürlüğü elde etmek için, ADC aralığından tam olarak yararlanmak için dalga formunun ızgarayı doldurmasını sağlamaya çalışın. Yalnızca dalga biçimi 1/2 ızgarayı kaplarsa, ölçüm doğruluğu 7 bit'e düşer. Bu nedenle, dikey yakınlaştırma ayarının makul bir seçimi daha doğru ölçüm sonuçları elde edebilir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, sinyal tam ızgarayı, 1/2 ızgarayı, 1/4 ızgarayı kaplar .... Ölçüm sonuçlarının büyük ölçüde değiştiği görülebilir.
Şekil 2 Farklı koşullar altında ölçüm sonuçları
Beş, ENOB
ENOB (Etkin bit sayısı), bir osiloskobun dinamik performansını ölçmek için bir göstergedir. Bazı osiloskop üreticileri ADC'nin ENOB değerini verecektir.Belirli bir dereceye kadar 8 bitlik bir ADC gerçekten 8 bitlik doğruluk ve çözünürlük sağlayabilir.Bu sadece DC sinyalleri veya bazı düşük hızlı sinyaller içindir. Sinyal hızı arttıkça, dinamik sayısallaştırma performansı önemli ölçüde azalacaktır. Belirli bir kritik değere ulaşıldığında, 8 bitlik bir ADC, 6 veya 4 veya daha düşük etkili bit sayısına düşebilir.
Sayısallaştırıcının performans düşüşü, esas olarak sinyaldeki gürültü seviyesinde bir artış olarak kendini gösterir. Buradaki gürültü seviyesindeki artış, esas olarak giriş sinyali ve sayısallaştırılmış çıktı üzerine bindirilen rastgele hatayı ifade eder. Bu sistemin kalitesini ölçmek için sinyal-gürültü oranını (SNR) kullanabiliriz.
SNR =
ENOB = (SNR-1.76) /6.02
Elbette bir osiloskop için ADC'nin ENOB'undan bahsetmek anlamsızdır, tüm osiloskop sisteminin ENOB'unu değerlendirmek anlamlıdır. Örneğin, bir ADC'nin çok iyi bir ENOB'u vardır, ancak ön uç gürültüsü büyükse, tüm sistemin ENOB'unu etkileyecektir.
Dingyang Technology SDS2000X osiloskopta, dijital filtreleme yoluyla gürültünün bant genişliğini azaltan ve sinyal-gürültü oranını etkili bir şekilde iyileştirebilen gelişmiş bir çözünürlük modu (ERES edinim modu) sağlanır ve eşdeğer 3 Bit ENOB artışı eşdeğerdir. Osiloskobun dikey çözünürlüğü, sinyalin periyodikliğine ve tetikleme noktasının kararlılığına bağlı değildir. Bu mod, bütünlük ölçümünü işaret etmek için elverişlidir.
Şekil 3 SDS2000X gelişmiş çözünürlük modu
Tüm sistemin ENOB'unun sinyal ölçümünü etkileyip etkilemeyeceğini ve sinyal bütünlüğünü etkileyip etkilemeyeceğini belirlediğimizde, hangi sinyali ölçmemiz gerektiğine dikkat etmeliyiz. Örneğin, yüksek hızlı seri sinyaller bazı frekans noktalarında harmoniklere sahiptir ve bu harmonikler ENOB indirgemesinden etkilenmeden osiloskop sisteminden geçebilirler.
Beş, gürültü
Osiloskobun herhangi bir sinyale bağlı olmadığı gerekçesiyle, osiloskobun ekranındaki gürültü sinyalini hala gözlemleyebiliriz.Bu sinyale osiloskobun alt gürültüsü diyoruz.
Bir osiloskobun gürültüsü, osiloskobun analog ön ucu, analogdan dijitale dönüştürücü, problar ve hatta ölçüm devresini bağlayan kablolar dahil olmak üzere birçok kaynağa sahip olabilir. Sinyal bütünlüğü ölçümleri için yararlı olan bir osiloskop daha az gürültüye sahip olmalıdır.
Enstrüman gürültüsünü test ederken, bant genişliği, örnekleme hızı, kanal dikey çözünürlüğü, yatay zaman tabanı ve kanal birleştirme modu gibi gürültü testi sonuçlarını etkileyen birçok faktöre de dikkat etmeliyiz. Genel olarak bu konudaki sektör fikir birliği şu şekildedir:
l Bant genişliği ne kadar yüksekse gürültü o kadar büyük olur çünkü bant genişliği ne kadar yüksekse toplanan sinyal harmonik bileşenleri o kadar zengin olur.
l Yatay zaman tabanı çözünürlüğü ne kadar düşükse, gürültü o kadar büyük ve anlık taban ölçeği ne kadar kaba olursa, gürültü göstergesi o kadar büyük olur.
l Zemin birleştirme modunda gürültü minimumdur, çünkü harici sinyal ve elektromanyetik ortam paraziti izole edilmiştir; gerçek cihaz gürültüsünü karşılaştırmak istiyorsanız, DC kuplajı önerilir, bu anda tam bant genişliği açılır ve tüm osiloskoplar gerçek bir test ortamındadır.
Küçük sinyalleri veya bazı küçük değişiklikleri gözlemlememiz gerekirse, daha düşük gürültü tabanına sahip bir osiloskop seçmemiz gerekir. Piyasadaki birkaç yaygın osiloskopun gürültü tabanını aşağıdaki gibi karşılaştırıyoruz:
Şekil 4 SDS3000X gürültü tabanı
Şekil 5 T marka gürültü tabanı
Şekil 6 K marka gürültü tabanı
Yukarıdaki öğeler, sinyal bütünlüğü sorunlarını daha iyi önlemek için bir osiloskop seçmenin yönlerini kısaca açıklamaktadır. Aslında, osiloskobun sinyal bütünlüğünü etkileyen ve test dalga formunu daha iyi yeniden yapılandıran faktörler, makalede bahsedilen birkaç madde değildir.Osiloskobun sinyal bütünlüğü ölçümünü ileride daha ayrıntılı olarak tartışacağız.
Dingyang hakkında
SIGLENT, genel elektronik test ve ölçüm cihazları ve ilgili çözümler konusunda uzmanlaşmış bir şirkettir.
2005 yılında ilk dijital osiloskop ürününün piyasaya sürülmesinden bu yana Dingyang Teknolojisi, 10 yılı aşkın süredir dünyanın en hızlı büyüyen dijital osiloskop üreticisi olmuştur. Yıllar süren geliştirmeden sonra, Dingyang'ın ürünleri dijital osiloskoplar, el tipi osiloskoplar, fonksiyon / rastgele dalga formu jeneratörleri, spektrum analizörleri, masaüstü multimetreler ve DC güç kaynakları gibi genel test ve ölçüm cihazlarına genişletildi. 2007 yılında Dingyang, yüksek kaliteli osiloskoplarda lider olan LeCroy ile küresel bir stratejik ortaklık kurdu. 2011 yılında Dingyang, Çin'in önde gelen dijital osiloskop üreticisi haline geldi. Dingyang 2014 yılında Çin'in ilk akıllı osiloskopu olan SDS3000 serisini piyasaya sürdü ve tek elle osiloskop kullanan laboratuvarlarda fonksiyonel osiloskoplardan akıllı osiloskoplara geçiş trendine öncülük etti. Dingyang, 2017 yılında, endüstri tekelini kıran ve birden fazla parametre ile yerel teknik darboğazı kıran SDG6000X serisi darbe / keyfi dalga formu üretecini piyasaya sürdü.Çıkış bant genişliği 500MHz'e kadar çıktı. Şu anda Dingyang, Cleveland, ABD ve Hamburg, Almanya'da şubeler kurmuştur ve ürünleri dünya çapında 70'den fazla ülkeye ihraç edilmektedir.SIGLENT, giderek dünyaca ünlü bir test ve ölçüm cihazları markası haline gelmektedir.
Dingyang Donanım Tasarımı ve Test Düşünme Kuruluşu Hakkında
Dingyang Hardware Design and Testing Think Tank (Dingyang Hardware Think Tank olarak anılacaktır) Shenzhen Dingyang Technology Co., Ltd. tarafından kurulmuştur ve Çin'in "istihbarat kitle fonlaması" modelindeki ilk donanım düşünce kuruluşudur.
Dingyang Hardware Think Tank bu trendden yararlanıyor, "bağlantı-paylaşım-işbirliği-yaratma" kavramını savunuyor, gönüllü hizmet pankartını yüksek tutuyor, İnternetin "sevginin" temeli olduğuna inanıyor ve insanların kalpten paylaşma arzusuna sahip olduğuna inanıyor.
Dingyang donanım beyin takımı, donanım alanında en yaygın yedi problem türünü seçer: güç kaynağı, saat, DDR, düşük hızlı veri yolu, yüksek hızlı veri yolu, EMC, odaklanmak için test ve ölçüm. Tartışma için "en iğneleyici" sorunları arayın, "en iğrenç" sorunları yanıtlamak için uzmanlar organize edin, donanım ustalarının biriktirdiği değerli bilgi ve deneyimi kamusal servete dönüştürün ve daha fazla donanım çalışanına fayda sağlayın.
Dingyang Hardware Think Tank, ekip çalışmasıyla tüm donanım çalışanlarını birbirine bağlar.
Bir donanım sorununuz varsa Dingyang Hardware Think Tank ile iletişime geçin.
