r

NA RYNKU

ELEKTRONIKI

8

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 1/2002

RODZINA OSCYLOSKOPÓW

TDS5000

Firma Tektronix wprowa-

dzi³a niedawno na rynek

now¹ rodzinê oscylosko-

pów cyfrowych TDS5000.

O

scyloskop cyfrowy pe³ni obe-

cnie co najmniej jedn¹ z dwóch

funkcji. Pierwsz¹, podobnie jak

oscyloskop analogowy – kla-

syczn¹ funkcjê obserwacji sygna³u elek-

trycznego, oraz drug¹ – szybkiego rejestra-

tora przebiegów analogowych, umo¿liwiaj¹-

c¹ cyfrow¹ obróbkê danych pomiarowych.

Postêp technologiczny umo¿liwi³ konstruk-

cjê szerokopasmowych stopni wejœciowych

i szybkich przetworników a/c, a wymagania

klientów zmusi³y producentów aparatury do

wbudowywania w tor rejestracyjny d³ugiej

pamiêci rejestracji. W efekcie da³o to mo¿-

liwoœci stosowania oscyloskopu cyfrowego

jako digitizera, ale ograniczony do niedaw-

na mechanizm obróbki matematycznej da-

nych pomiarowych ogranicza³ jednak jego

obszar zastosowania. Z drugiej strony oscy-

loskop cyfrowy jako przyrz¹d realizuj¹cy

obróbkê cyfrow¹ danych pomiarowych nie

zapewnia³ jakoœci monitorowania i zobrazo-

wania sygna³u podobnej jak oscyloskop

analogowy. Odpowiedzi¹ na te niedogodno-

œci by³o wprowadzenie przez Tektronix

w 1998 roku nowej architektury toru akwizy-

cji oscyloskopu cyfrowego DPO (Digital

Phosphor Oscilloscope) oraz w roku 2000

otwartej dla u¿ytkownika platformy MS Win-

dows

TM

. Pierwszymi produktami firmy Tek-

tronix ³¹cz¹cymi wspomniane zalety by³a

rodzina oscyloskopów cyfrowych DPO

TDS7000. W paŸdzierniku 2001 r. Tektronix

poinformowa³ o wprowadzeniu do sprze-

da¿y kolejnej rodziny oscyloskopów cyfro-

wych DPO – TDS5000. Oscyloskopy cha-

rakteryzuj¹ siê parametrami i zestawem

funkcji typowymi obecnie dla przyrz¹dów

laboratoryjnych najwy¿szej klasy. W odró¿-

nieniu jednak od najszybszych na rynku

oscyloskopów Tektronix TDS7000 (pasmo

4 GHz, próbkowanie w czasie rzeczywi-

stym 20 GS/s, czyli 20 Gpróbek/s) wycenio-

ne zosta³y na poziomie typowym dla oscy-

loskopów klasy œredniej (ok. 60 tys. PLN za

model o paœmie 1 GHz i ok. 40 tys. PLN za

model 500 MHz).

ŒLEDZENIE SYGNA£U W CZASIE

RZECZYWISTYM

W celu zapewnienia wysokiej jakoœci odwzo-

rowania sygna³u na ekranie, podstawowy

model rodziny TDS5000 _ oscyloskop

TDS5104, wyposa¿ono w stopieñ wejœcio-

wy o paœmie 1 GHz. Przy konstrukcji toru

akwizycyjnego, podobnie jak w niektórych

modelach rodziny TDS7000, zastosowano

najnowsz¹ technologiê krzemowo-germano-

w¹ (SiGe) opracowan¹ przez IBM i po raz

pierwszy wdro¿on¹ w aparaturze pomiaro-

wej przez Tektronix. Przetworniki a/c zasto-

sowane we wszystkich modelach rodziny

TDS5000 próbkuj¹ sygna³ z maksymaln¹

szybkoœci¹ do 5 GS/s. Daje to odpowie-

dnio 5-krotne (w TDS5104) i 10-krotne

(w TDS5052 i TDS5054 – oscyloskopach ze

wzmacniaczami 500 MHz) przewy¿szenie

szerokoœci pasma. Wielokrotnie wiêksza

ni¿ wymagana (wed³ug twierdzenia o prób-

kowaniu) wartoœæ czêstotliwoœci próbkowa-

nia w stosunku do czêstotliwoœci sygna³u

przenoszonego przez wzmacniacz zapew-

nia dobre odwzorowanie sygna³u w dziedzi-

nie czasu (wspomniane twierdzenie dotyczy

rekonstrukcji sygna³u i jego rozró¿nialno-

œci w dziedzinie czêstotliwoœci).

W przypadku zobrazowania regularnych

przebiegów okresowych mo¿liwe jest w oscy-

loskopach rodziny TDS5000 uzyskanie roz-

dzielczoœci do 4 ps, co odpowiada wzglêdnej

(tzw. ekwiwalentnej) czêstotliwoœci próbkowa-

nia 250 GS/s. Idea pracy w trybie ekwiwalent-

nym polega z grubsza na wykonaniu wielu re-

jestracji przebiegu, przy czym moment rozpo-

czêcia rejestracji jest ka¿dorazowo nieco in-

ny. Nastêpnie, znaj¹c momenty czasowe

pobierania próbek, jest mo¿liwe ”potasowa-

nie” danych z odtworzeniem skali czasowej.

Z drugiej strony dla przebiegów jednorazo-

wych i niepowtarzalnych w celu poprawy zo-

brazowania szybkich przebiegów mo¿liwe

jest za³¹czenie interpolatorów (bez koniecz-

noœci zaanga¿owania aparatu matematycz-

nego) o charakterystyce typu sin(x)/x. Kluczo-

wym jednak parametrem zwi¹zanym z ja-

koœci¹ œledzenia sygna³u na wejœciu oscylo-

skopów TDS5000 jest wspó³czynnik szybko-

œci powtarzania kolejnych rejestracji (wave-

form update rate).

Oscyloskopy TDS5000, wzorem poprze-

dnich modeli oscyloskopów firmy Tektronix,

maj¹ nowoczesn¹ architekturê toru akwizy-

cji DPO. W rezultacie kolejne akwizycje mo-

g¹ byæ powtarzane z szybkoœci¹ powy¿ej

100 000 razy na sekundê. Przy za³o¿eniu po-

mijalnie ma³ego czasu trwania samej rejestra-

cji (np. szybkiego próbkowania 5 GS/s

i stosunkowo krótkiego rekordu danych

500 próbek, co daje czas pojedynczej akwi-

zycji 100 ns), odstêpy miêdzy akwizycjami

w

TDS5000 mog¹ wynosiæ ok.

1/100 000 = 10

µ

s. Dla porównania w oscy-

loskopach cyfrowych, bez modyfikacji toru

akwizycji do DPO (np. rodzina Tektronix

TDS400A, oscyloskopy innych producen-

tów) maksymalna szybkoœæ kolejnych po-

wtórzeñ wynosi od 50 do 2000 razy. W prak-

tyce oznacza to istnienie tam strefy martwej

o szerokoœci od ok. 0,5 do 20 ms. Pojêcie

strefy martwej okreœla czas, w którym sy-

gna³ wejœciowy nie jest rejestrowany przez

przyrz¹d i wyœwietlany na ekranie. W pierw-

szym odruchu ktoœ móg³by zauwa¿yæ, ¿e

wyd³u¿enie rekordu mo¿e poprawiæ wspó³-

czynnik efektywnej pracy oscyloskopu cy-

frowego. Tak oczywiœcie nie jest, jako ¿e

w³aœnie w czasie martwym odbywa siê prze-

liczanie zebranych wartoœci próbek na wspó³-

rzêdne ekranowe oscyloskopu. W rezultacie

Rodzina oscyloskopów TDS 5000, (od lewej:

TDS5104, TDS5052, TDS5054)

Graficzny edytor zaawansowanych trybów

wyzwalania

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 1/2002

im wiêcej zarejestrowanych danych, tym wiê-

cej koniecznych obliczeñ i d³u¿szy ich czas

(wartoϾ update rate podawana przez produ-

centów dotyczy najkorzystniejszych warun-

ków, dla najkrótszego rekordu – typowo 500

próbek). Choæ niektórych Czytelników mo¿e

to zdziwiæ, zjawisko istnienia strefy martwej

wystêpowa³o równie¿ w przypadku oscylo-

skopów analogowych. W tych przyrz¹dach

by³ to czas powrotu plamki z prawej na lew¹

stronê ekranu. Poniewa¿ powrót by³ bardzo

szybki, wiêc czêsto nawet siê o nim nie wspo-

mina³o.

Najszybsze rozwi¹zania DPO firmy Tektro-

nix (TDS7404) umo¿liwiaj¹ osi¹gniêcie szyb-

koœci powtarzania akwizycji ok. 0,5 miliona

razy na sekundê (akwizycje co ok. 2

µ

s), co

zbli¿a je do ”analogowego idea³u” w sensie

monitorowania sygna³u i wychwytania w nim

ró¿nego rodzaju przypadkowych anomalii.

Istotne jest równie¿ to, ¿e oscyloskopy DPO

w dalszym ci¹gu maj¹ pe³ny zestaw funkcji

oscyloskopu cyfrowego, gdy¿ s¹ one nadal

oscyloskopami cyfrowymi.

FUNKCJE SZYBKIEGO

REJESTRATORA SYGNA³ÓW

ANALOGOWYCH

Przy rozpatrywaniu tych funkcji oscylosko-

pu, najistotniejszymi parametrami, na które

zazwyczaj zwraca siê uwagê, s¹, prócz opi-

sywanych wczeœniej parametrów toru akwi-

zycyjnego (pasmo, czêstotliwoœæ próbko-

wania i d³ugoœæ rekordu), równie¿ mo¿li-

woœci wyzwalania przyrz¹du, obróbki mate-

matyczno-statystycznej zebranych danych

pomiarowych oraz mo¿liwoœci integracji

urz¹dzenia w automatyczny system pomia-

rowy.

Wyzwalanie

Z³o¿ony system wyzwalania przyrz¹du ma

oczywiœcie sens, jeœli operator oscyloskopu

dok³adnie wie, lub jest w stanie przewidzieæ

charakter sygna³u poddawanego rejestracji.

Dzieje siê tak w typowych zastosowaniach

polegaj¹cych np. na obserwacji sygna³ów

wizyjnych czy telekomunikacyjnych, gdzie

istotne jest ustawienie odpowiedniego typu

wyzwalania w celu uzyskania na ekranie

stabilnego obrazu. Wa¿n¹ spraw¹ pozo-

staje te¿ rejestracja anomalii sygna³u umo¿-

liwiaj¹ca odnalezienie przyczyny wadliwego

dzia³ania konstruowanego urz¹dzenia. O ile

w TDS5000 sam¹ diagnostykê w sposób

znacz¹cy u³atwia doskona³e œledzenie sy-

gna³u przez DPO, to w uzupe³nieniu zaa-

wansowany zestaw trybów wyzwalania

umo¿liwia zarejestrowanie odpowiedniego

fragmentu przebiegu, a nastêpnie jego do-

k³adn¹ analizê. Wœród dostêpnych trybów

wyzwalania mamy zarówno te typowe dla

oscyloskopów, jak wyzwalanie sygna³ami

wizyjnymi z selektorem linii (zarówno SDTV

jak i HDTV), szerokoœci¹ impulsu (glitch

i pulse width trigger), wzorami cyfrowymi

(pattern i state trigger), zale¿noœciami cza-

sowymi (timeout, transition, setup/hold trig-

ger), jak równie¿ bardziej z³o¿one wyzwala-

nie ³¹czonymi zale¿noœciami amplitudowy-

mi i czasowymi (runt i window trigger). Prócz

tego jest równie¿ mo¿liwe wyzwalanie oscy-

loskopów TDS5000 za pomoc¹ sekwencji

warunków zadawanych z dwóch kana³ów.

Zastosowanie w TDS5000 interfejsu gra-

ficznego znacz¹co u³atwia konfigurowanie,

nieraz rzeczywiœcie z³o¿onych warunków

wyzwalania.

Obróbka matematyczna

zebranych próbek

Zgodnie z wol¹ u¿ytkowników, TDS5000

wyposa¿ono w kilka mechanizmów obrób-

ki matematycznej. Najbardziej typowym jest

wbudowany zestaw funkcji matematycz-

nych wyliczanych przez oscyloskop i wy-

œwietlanych na tym samym ekranie co prze-

biegi. Wzorem TDS7000 skorzystano tu

z udanego edytora wyra¿eñ matematycz-

nych. Tym samym TDS5000 daje mo¿li-

woϾ skonstruowania praktycznie dowol-

nie z³o¿onego wyra¿enia matematyczne-

go, zawieraj¹cego wielokrotne zagnie¿d¿e-

nia operacji matematycznych, do którego

operandami mog¹ byæ zarówno sygna³y

z kana³ów oscyloskopu jak i inne zdefinio-

wane funkcje matematyczne czy przebiegi

zapisane w nieulotnej pamiêci odniesienia

(referencyjnej) oscyloskopu. Uzupe³nieniem

tych operacji jest analizator widma FFT wy-

liczaj¹cy wspó³czynniki zespolone transfor-

maty Fouriera oraz charakterystyki amplitu-

dowe i fazowe. W oscyloskopach TDS5000,

oprócz obliczeñ matematycznych jest mo¿-

liwe wyliczanie pe³nych statystyk pomiaro-

wych oraz wyznaczanie histogramów, tak na

przebiegach jak i na wyliczonych formu-

³ach matematycznych. Na tym jednak nie

poprzestano. Tektronix na polu analizy po-

miarowej poszed³ dalej oferuj¹c tzw. ”otwar-

t¹ platformê Windows”.

Konstrukcja sprzêtowa TDS5000 polega

na zintegrowaniu dwóch urz¹dzeñ. Pierw-

szym jest oscyloskop sterowany procesorem

typu Motorola Power PC, drugim komputer

PC wyposa¿ony w procesor firmy Intel z za-

instalowanym systemem Microsoft Win-

dows. Oba ”urz¹dzenia” s¹ po³¹czone ze so-

b¹ wy³¹cznie lokaln¹ magistral¹ danych

(w tym przypadku PCI). Opisana koncepcja

budowy oscyloskopu mia³a na celu wyraŸne

rozgraniczenie czêœci pomiarowej i czêœci

obróbki danych. W efekcie wszelkie ewen-

tualne niestabilnoœci systemu operacyjnego

nie maj¹ ¿adnego wp³ywu na dzia³anie oscy-

loskopu. U¿ytkownik mo¿e wiêc bez obawy

instalowaæ praktycznie dowolne oprogra-

mowanie napisane dla Windows, umo¿li-

wiaj¹ce wykonywanie dokumentacji (np.

MS Word), przesy³anie wyników (np. MS

Outlook) i w koñcu zaawansowan¹ obrób-

kê matematyczn¹ (np. MathCad, Matlab

czy chocia¿by MS Excel). Poniewa¿ jed-

nak istnieje po³¹czenie szyn¹ PCI, mo¿liwe

jest programowanie pomiarów na oscylosko-

pie w sposób zautomatyzowany, jak dawniej

w systemach GPIB z zewnêtrznym PC.

Wraz z wprowadzeniem do sprzeda¿y oscy-

loskopów TDS5000, Tektronix opracowa³

now¹ wersjê biblioteki TekVISA zapewnia-

j¹c¹ komunikacjê czêœci komputerowej i po-

miarowej oscyloskopu z wykorzystaniem

wewnêtrznej szyny PCI i symulacji protoko-

³u GPIB. Wœród wielu zalet tego rozwi¹za-

nia wystarczy nadmieniæ przynajmniej fakt

lepszej integracji i 6

÷

8-krotnego zwiêksze-

nia szybkoœci przysy³ania danych pomia-

rowych w stosunku do systemów wykorzy-

stuj¹cych interfejs GPIB (nb. bêd¹cy ju¿

nieco podstarza³ym – bo z koñca lat 60. –

mimo to wci¹¿ popularnym rozwi¹zaniem).

Biblioteka TekVISA umo¿liwia pisanie pro-

gramów pomiarowych w jêzykach wysokie-

go poziomu (np. C/C++, Visual Basic) i uru-

chamianie ich na TDS5000 oraz pe³ne wy-

korzystanie mechanizmów ActiveX dostêp-

nych w MS Windows.

Dla u¿ytkowników pragn¹cych wykorzystaæ

nowe mo¿liwoœci programowania oscylo-

skopów TDS5000, a nie bêd¹cych progra-

mistami, Tektronix przygotowa³ odpowiedni

pasek narzêdzi do programu MS Excel,

umo¿liwiaj¹cy w zadanych momentach cza-

sowych wykonywanie przeniesienia wyni-

ków pomiarowych (przebiegów b¹dŸ po-

miarów automatycznych) z oscyloskopu do

arkusza kalkulacyjnego z mo¿liwoœci¹ wy-

Edytor wyra¿eñ matematycznych oscyloskopu

TDS5000, na rysunku (od góry) przebieg,

ca³ka i ró¿niczka z przebiegu

r

NA RYNKU

ELEKTRONIKI

12

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 1/2002

konywania na bie¿¹co prezentacji tych re-

zultatów na wykresach programu MS Excel.

Aby uczyniæ opisane mechanizmy bardziej

efektywnymi, Tektronix wykorzysta³ dwu-

monitorowy tryb pracy MS Windows. Ist-

nieje zatem mo¿liwoœæ do³¹czenia do

TDS5000 monitorów zewnêtrznych, gdzie

na jednym wyœwietlany jest widok ekranu

oscyloskopu, na drugim zaœ pulpit MS Win-

dows z uruchomionymi programami. Po-

nadto dostêpna jest w TDS5000 równie¿

opcja tworzenia oprogramowania oscylo-

skopu w jêzyku Java. Do tej pory opracowa-

ne w Tektronix programy Java umo¿liwiaj¹

transformacjê oscyloskopu (na czas uru-

chomienia programu) w specjalizowany

analizator jittera, analizator napêdów dysko-

wych lub analizator magistrali USB.

Integracja urz¹dzenia

w systemie

W celu umo¿liwienia integracji urz¹dzenia

w automatycznym systemie pomiarowym

oscyloskop TDS5000 wyposa¿ono w ze-

staw interfejsów obejmuj¹cy: IEEE 488.2

(GPIB), USB, LAN (10- i 100-baseT),

RS-232, IEEE 1284 (Centronics), dwa po-

rty VGA/SVGA oraz inne interfejsy umo¿li-

wiaj¹ce do³¹czenie myszy, klawiatury itp.

Interfejsy komunikacyjne uzupe³nia opro-

gramowanie, w tym wspomniana biblioteka

TekVISA bêd¹ca implementacj¹ standar-

dowej biblioteki we/wy VISA (Virtual Instru-

ment Software Architecture) oraz sterowni-

ki do popularnego pakietu programowania

pomiarów NI LabView. Ca³oœæ dope³nia ze-

staw standardowych pamiêci masowych –

napêd dyskietek, dysk twardy, napêd CD

(opcjonalnie mo¿e byæ zast¹piony nagrywar-

k¹ CD), oraz opcjonalnie dostêpne: wbudo-

wana drukarka graficzna i sterowanie doty-

kowe ekranu. Ostatnim atrybutem TDS5000,

o którym warto wspomnieæ , jest unikatowa

cecha bezpoœredniej wspó³pracy (przez

GPIB, bez koniecznoœci u¿ycia komputera

steruj¹cego) z rodzin¹ generatorów przebie-

gów programowalnych AWG oraz (z wyko-

rzystaniem interfejsu iView) z analizatorami

stanów logicznych TLA. Pierwsze po³¹cze-

nie umo¿liwia przesy³anie przebiegów zare-

jestrowanych przez oscyloskop do pamiêci

generatora, sk¹d sygna³ mo¿e byæ powta-

rzany. Drugie po³¹czenie umo¿liwia wyœwie-

tlanie przebiegów zbieranych przez oscylo-

skop na ekranie analizatora. Poniewa¿ tak

TDS5000 jak i TLA s¹ wyposa¿one w odpo-

wiednie wejœcia i wyjœcia synchronizuj¹ce,

przebiegi rejestrowane przez oba przyrz¹-

dy pozostaj¹ w pe³nej korelacji czasowej.

Wiêcej informacji o nowych oscyloskopach

TDS5000 mo¿na uzyskaæ na stronie inter-

netowej: http://www.tektronix.pl

n

Tadeusz Asyngier

Tektronix Polska

Wspó³praca przyrz¹dów; od lewej TDS5104,

TLA623 (u góry), AWG430

Programowanie pomiarów z wykorzystaniem

paska narzêdziowego programu Excel

(TDS toolbar)

Wies³aw Winiecki, Jacek Nowak,

S³awomir Stanik

GRAFICZNE ZINTEGROWANE

ŒRODOWISKA PROGRAMOWE

do projektowania komputerowych sy-

stemów pomiarowo-kontrolnych

Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2001.

Wyd.I, stron 280

Treœci¹ ksi¹¿ki s¹ nowoczesne programowe na-

rzêdzia komputerowego wspomagania projek-

towania systemów kontrolno-pomiarowych. W au-

tomatyzacji pomiarów najwa¿niejszym d¹¿eniem

jest obecnie wzrost znaczenia oprogramowania

systemów przy jednoczesnej minimalizacji i uni-

fikacji czêœci sprzêtowej. Wynika st¹d bardzo

szybki rozwój komputerowych narzêdzi projekto-

wania systemów pomiarowo-kontrolnych. Narzê-

dzia te przyjmuj¹ formê rozbudowanych, zinte-

growanych œrodowisk programowych umo¿liwia-

j¹cych zaprojektowanie procesu generacji i akwi-

zycji sygna³ów, ich przetwarzania i wizualizacji.

W pierwszej czêœci ksi¹¿ki przedstawiono najpo-

pularniejsze zintegrowane œrodowiska pomiaro-

we do projektowania systemów pomiarowo-kon-

trolnych w przemyœle i laboratoriach badawczych.

Kolejne rozdzia³y tej czêœci obejmuj¹ charaktery-

stykê najczêœciej stosowanych œrodowisk po-

miarowych _ LabWindows/CVI i LabView 6i (oba

Przegl¹d wydawnictw

firmy National Instruments), VEE (Hewlett-Pac-

kard/Agilent), TestPoint (Keithley Instruments)

oraz DasyLab (DASYTEC). Jako przyk³ady zasto-

sowania omawianych œrodowisk programowych

przedstawiono projekty wirtualnego generatora

funkcyjnego, a tak¿e symulatorów tych generato-

rów oraz projekty prostych systemów pomiaro-

wych z zastosowaniem przyrz¹dów firmy Hewlett-

Packard. Druga czêœæ ksi¹¿ki zawiera opis wybra-

nych œrodowisk automatyki przemys³owej _ Brid-

geVIEW i Lookout (firmy National Instruments)

oraz GeniDAQ (Advantech). W rozdziale pod-

sumowuj¹cym podano wady i zalety opisanych

œrodowisk, oceniono ich mo¿liwoœci, ³atwoœæ ob-

s³ugi oraz przejrzystoœæ graficznego interfejsu

u¿ytkownika.

Materia³ merytoryczny ksi¹¿ki przedstawiono

w sposób przejrzysty i metodyczny. Jego przyswo-

jenie u³atwiaj¹ liczne ilustracje, niektóre z nich

barwne. Ksi¹¿ka jest jedn¹ z pierwszych w kra-

ju pozycji wydawniczych poœwiêconych metody-

ce projektowania systemów pomiarowo-kontrol-

nych z wykorzystaniem graficznych jêzyków pro-

gramowania, a zarazem jedyn¹ przedstawiaj¹c¹

temat tak szeroko. Du¿¹ jej zalet¹ jest aktualnoœæ

przedstawionych informacji, co nie jest ³atwe do

osi¹gniêcia przy omawianiu dziedziny rozwijaj¹-

cej siê bardzo szybko. Autorami ksi¹¿ki s¹ spe-

cjaliœci zwi¹zani z Politechnik¹ Warszawsk¹. Dr

Wies³aw Winiecki jest te¿ autorem ksi¹¿ki pt.

”Organizacja komputerowych systemów pomia-

rowych”, któr¹ ju¿ omawialiœmy na ³amach ReAV.

Ksi¹¿ka jest przeznaczona dla projektantów kom-

puterowych systemów pomiarowo-kontrolnych

oraz dla studentów wydzia³ów technicznych.

Mo¿na j¹ kupiæ w wybranych ksiêgarniach nau-

kowych, technicznych oraz uczelnianych albo

zamówiæ przez Internet korzystaj¹c ze strony

wydawnictwa MIKOM: http://www.mikom.com.pl

(mn)