Краткий гайд по выбору современного осциллографа

Какой же КИПовец и без правильных приборов, один из таких осцилллограф. Не буду вдаваться в подробности для чего он нужен, кому надо пусть почитают вики, от себя скажу осцил (или ослик как его еще называют для простоты) становится как телефон, в нем много чего стало прошито, он стал сложен, но некоторые плюшки очень интересны и нужны, надо только знать что где-то они таки есть.

Кто-то в свое время успел поработать с электронно-лучевыми С1 с разными окончаниями, кто-то успел застать время перехода на дорогущие по тем временам электронные, кто-то даже табу для себя на электронные сделал, тк первые модели имели существенные недостатки, в основном боялись на них пропустить так называемые «иглы» - короткие сигналы, которые хоть и блекло, но отображались на электронно-лучевых, люминофор так сказать «имел память» и такой сигнал-всплеск было видно и становилось понятно где искать причину.

Современный осциллограф ( Fluke, GW Instek, Tektronix, LeCroy, Rigol, OWON, Hantek и даже Fnirsi, а может кому-то посчастливилось поработать и с Rohde & Schwarz) на мой взгляд не уступает электронно-лучевому, поэтому бояться их не стоит. Ну чтож рассмотрим основные моменты, на которые стоит смотреть при выборе осциллографа, а также оценим плюсы и минусы.

Представим главные критерии для выбора надежного осциллографа:

• Количество каналов. Ну тут все вроде понятно, хорошо если сигналов побольше, одно но, часто у осциллографов каналы не являются независимыми (хотя бывают исключения, у Micsig портативного встречал двухканальный где «земля» развязана у двух каналов, то есть это были изолированные каналы) и поэтому у вас как бы каналов то несколько, но из-за того, что земля у каналов общая, некоторые точки не посмотреть одновременно, если опорная земля на плате у каждой точки будет своя, а соединение этих точек приведет к ошибке в работе наблюдаемой схемы (а может и шандарах-бабах будет). Тут надо либо дифференциальные щупы дорогущие брать (это по ориентиру 200 баксов), либо не лезть в такие схемы. Часто бывает что двух каналов за глаза, количество каналов при одновременном использовании на многих осциллографах уменьшают объем выборки на канал (общий объем памяти делится на все задействованные каналы).
• Цифровой или аналоговый. Хочу пропустить этот пункт, пусть будет цифровой, «закопайте стюардессу»…
• Портативный или нет. Параметры портативных осциллографов часто уступают обычным, поэтому при выборе первых необходимо тщательно сверить желаемые значения среди характеристик. Портативность дает один неоспоримый плюс - отсутствие необходимости в развязке, то есть можно лезть в «горячие» места с напряжением 1000В и больше, просто подобрав подходящий щуп (например с делителем 1:100). С настольником же надо будет развязывающий трансформатор, и про заземление напрямую от корпуса забыть, если только через мегаомы, иначе земля будет и на щупе (опорный вывод), с ней во включенную и не развязанную от питания схему «харам». Кстати для портативников наверное и число каналов такое уж весомое значение тоже не имеет.
• Полоса пропускания цифрового осциллографа. Наверное самый первый критерий, который надо смотреть. Считается, что для наблюдения цифровых сигналов полоса пропускания осциллографа должна быть в несколько раз выше частоты сигнала, а лучше – втрое, иначе будет искажение формы, вместо прямоугольника (меандр который по научному) на экране будет красоваться синус, ну или что-то на него похожее. В реале видел сравнение «народного» Rigol DS1054Z у которого частота пропускания 50Мгц с Миксиком 100 МГц, и в итоге запас у народного был даже лучше, при подъеме частоты за 100 МГц форма была более близкой к исходной. Тут надо не забывать что не только сам осциллограф отвечает за полосу пропускания, но и щупы, не берите непонятные щупы с алика, если не хотите получить сужение пропускной способности. А вообще думаю 50-100МГц это для большинства КИП-овских задач нормально.
• Объём памяти цифрового осциллографа. Нехватка памяти приводит к снижению частоты оцифровки, поэтому всегда стоит заранее оценить необходимый объём памяти для комфортной работы. Максимальная глубина записи (именно в таком виде в таблице с ТТХ встречается этот пункт) должно быть значение по современным меркам ну уж точно не меньше 28Мбайт. Именно это позволяет снять сигнал на развертке с большим временем (считай больший охват) и потом уменьшая временную развертку не потерять в качестве картинки, так сказать детализируя процесс. Расчет глубины памяти выполняется произведением времени, отображаемым на экране, на нужную дискретизацию (см параметр ниже). Пример: декодирование сигнала шины USB, регистрация пакетов происходит за 200 мкс и требует длину записи – 1 млн точек, разрядность большинства осцилов - 8 бит, вот и считайте.
• Частота дискретизации. Дискретизация или число выборок по времени определяет рабочую способность прибора фиксировать и отображать мельчайшие детали, оно напрямую связано с предыдущим параметром, тк частота дискретизации влияет на объем запоминаемой информации. Рекомендация выбора частоты дискретизации осциллографа - Правило «трех-пятикратного превышения» частоты прибора частотной составляющей сигнала. Величина должна быть не менее чем в 3 раза выше аналоговой полосы. Для устройств начального уровня и эконом-сегмента частота дискретизации – 1 – 2 Гвыб./с.

• Время нарастания входного сигнала. Лучше остановить свой выбор на приборе с меньшим показателем времени нарастания сигнала, это гарантирует более хорошие частотные свойства осциллографа. Ну возмем например ≤ 3,5 нс, хотя возможно в дальнейшем статья устареет и какой-то читатель рассмеётся этим цифрам, но вы же понимаете - прогресс не стоит на месте.
• Скорость обновления осциллограмм. Тут у этого термина несколько названий, некоторые пишут, что это «Скорость регистрации», некоторые «Максимальная скорость захвата формы волны», потому дам лучше английское «waveform update rate», и наиболее правильные перевод на русский именно такой, как обозначен пункт, а найти его не сложно, тк значение дано в единицах waveforms / sec. Тоже очень важный параметр, и если он будет ниже 80000 осциллограмм/сек, то наверное ваш осцил будет не современный или очень бюджетный, тк это определяет, какое количество непрерывных измерений пошло в формирование данных на экране, чем их больше, тем лучше, тк во время отображения может такое быть, что данные новые не считываются и есть некоторый «провал», хотя у дорогих он минимален. Архитектура современного осциллографа построена таким образом, что сначала сигнал считывается и обрабатывается, а затем выводится на экран. Да кстати частота обновления экрана теперь не важна, тк производитель придумал «электронный фосфор» (или цифровым люминофором, как у некоторых его называют), который оставляет глитчи (всплеск, импульс, игла) на экране надолго, а сигнал который отличается от остальных трендов из замера рисуется более блекло и тонко.

• Разрешение экрана. Высокое разрешение экрана обеспечивает лучшую детализацию и, как следствие, более комфортную работу. Практически все современные осциллографы обладают приемлемыми параметрами: не менее 640 точек по горизонтали и не менее 480 точек по вертикали. Также рекомендуем отдавать предпочтение цветным экранам с малой инерционностью.
• Декодирование протоколов. Важная опция, очень полезно иметь возможность декодировать RS-232/422/485/ UART, CAN, LIN, SPI, I2C, возможно кому-то что-то еще нужно, я привел в пример середнячок.
• Ограничения. Тут надо смотреть минимально возможную развертку, минимально возможную дискретность по напряжению, тк какие-то сигналы просто не увидишь с ограничением. Обычно ищем 2 нс/дел - 1000 с/дел для горизонтальной и 1 мВ/дел - 10 в/дел для вертикальной.
• Наличие регистрации цифровых сигналов. Тут пусть будет так она либо есть либо нет, но штука полезная, получается как логический анализатор.

Моменты, которые не описал, тк считаю их некритичными - они все в основном есть у всех, либо достаются как есть от производителя:

Триггер. Схема синхронизации, при которой прибор выдает устойчивое изображение. Система может задержать запуск развертки до определенного события. Триггерный запуск синхронизирует захват сигнала, одновременно отображает единичные события. Нужен для синхронизации снимков.

Возможность автоматической настройки. У многих современных осциллографов есть функция автонастройки, которая позволяет быстро, легко настроить прибор на нужные параметры. Например, эта функция может автоматически установить диапазон измерения, шкалу времени, что значительно упрощает работу.

Осциллографические пробники. Важный элемент, необходимый для работы прибора – пассивный пробник или измерительный щуп с делителем. При проведении измерений пробник или щуп осциллографа становится частью исследуемой цепи, поэтому он вносит некоторые изменения в полученный сигнал за счёт собственного сопротивления, ёмкости и индуктивности. Чтобы минимизировать эти негативные влияния необходимо подбирать пробники, подходящие к осциллографу по полосе пропускания. В комплекте с прибором чаще всего идут пассивные пробники. Такие щупы имеют активное сопротивление от 10 МОм и компенсационную ёмкость в пределе от 10 до 15 пФ. Этого достаточно для проведения точных измерений на частотах приблизительно до 500 МГц. Для работы в ГГц диапазоне предпочтительней использовать активные пробники, оснащённые дополнительными специальными усилителями. Также пробник укомплектовывают делителями напряжения 1:10, 1:100, что позволяет работать напрямую с сигналами большей амплитуды. Для наблюдения за цифровыми сигналами используют логические пробники.

Набор автоматических измерений и Математические функции. На аналоговых осциллографах параметры сигнала вычисляются вручную с использованием формул. Теперь, благодаря расширенным аппаратным и программным возможностям осциллографы способны самостоятельно выводить десятки значений сигналов от простейшей частоты до преобразования Фурье. Автоматические вычисления увеличивают скорость анализа полученной кривой.

Ну вот наверное и все, понятно что это не описывает детали, но хотябы понимание что где указано у производителя это дает, и самое главное я привел ориентиры. Лично мое мнение Rigol интересные модели и недорогие, для начинающий самое то. Если надо очень бюджетно и по сути нужна просто гляделка, пойдет и Hantek, и Fnirsi, и OWON, Micsig классные, но поставки в силу непопулярности невелики, а цены уже не такие уж и приятные, но портативные у них «вещь», особенно их оценили автодиагносты. Кстати бывают вообще осцилы-приставки, но для работы с ними нужен ноутбук, если он все равно стоит, то такие решения в силу цены тоже имеют право на жизнь.