Tektronix NEWS | Может ли осциллограф действительно заменить анализатор спектра?

Большинство рабочих процессов проектирования требуют использования осциллографа на каком-то этапе, обычно измерения во временной области берут на себя большую часть задач, но что, если вам нужно увидеть данные частотной области и у вас нет доступа к стационарному анализатору спектра?

Можете ли Вы положиться на использование БПФ для точного просмотра Вашего РЧ-сигнала?
Нужно ли Вам одновременно смотреть на один и тот же сигнал во временной области?
Достаточно ли одного радиочастотного канала для отладки?

Ответы на эти и другие вопросы Вы можете узнать из руководства по применению ниже.

SPECTRUM VIEW — НОВЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ НА СОВРЕМЕННЫХ ОСЦИЛЛОГРАФАХ

До недавнего времени существовал единственный осциллограф, который позволял проводить коррелированный по времени анализ как во временной, так и в частотной областях с независимым контролем формы сигнала и спектра — это осциллограф Tektronix серии MDO4000C. Теперь, для выполнения данных задач, осциллографы смешанных сигналов Tektronix серии MSO4, MSO5, MSO6 и LPD64 предлагают встроенный в прибор инструмент анализа, называемый Spectrum View.

Данная технология поставляется в осциллографах нового поколения: в серии MSO5, MSO58LP, MSO6 и LPD64 в стандартной комплектации, а в серии MSO4 — опционально.

*Рисунок 1. Spectrum View позволяет одновременно просматривать осциллограмму*
*и спектр сигнала с независимыми элементами управления в каждой области.*

КЛЮЧЕВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ SPECTRUM VIEW

Технология Spectrum View предоставляет несколько ключевых возможностей:

Управление настройками во временной и частотной областях независимо друг от друга
Позволяет просматривать как осциллограммы, так и спектр сигнала с одного и того же аналогового входа
Обеспечивает точную корреляцию событий во временной области и измерений в частотной области (и наоборот)
Использовать анализатор спектра для каждого входного канала
Позволяет использовать привычные элементы управления анализом спектра: центральная частота, полоса обзора (SPAN) и разрешение полосы (RBW)
Использовать автоматические и ручные маркеры
Строить зависимости мощности/частоты/фазы сигнала от времени (опция)
Проводить временную корреляцию с различными типами сигналов

ОСОБЕННОСТИ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ SPECTRUM VIEW

Новая архитектура

Технология Spectrum View использует запатентованную ПЛИС, встроенную в прибор. В отличие от обычных цифровых осциллографов, в осциллографах серии MSO4, MSO5 и MSO6 на каждом канале FlexChannel находится 12-разрядный АЦП внутри специализированной ПЛИС. Как показано на рисунке 2, каждый АЦП отправляет высокоскоростные оцифрованные данные по двум путям.

*Рисунок 2. Цифровые преобразователи с понижением частоты, реализованные на*
*специальной интегральной микросхеме, обеспечивают одновременное отображение сигналов*
*и спектра с независимыми элементами управления.*

Один путь ведет к аппаратным дециматорам, которые определяют скорость, с которой сохраняются выборки во временной области. Второй — к цифровым понижающим преобразователям, также реализованным аппаратно. Этот подход обеспечивает независимое управление данными во временной и в частотной областях, позволяя оптимизировать как отображение осциллограммы, так и спектр данного сигнала. Это также делает более эффективным использование длинной памяти, доступной в этих приборах.

Сравнение Spectrum View с обычным БПФ

БПФ в осциллографах, как известно, трудно использовать, так как управляется БПФ той же системой сбора данных, что и для представления во временной области. Изменение центральной частоты, полосы обзора или разрешения полосы приведет к нежелательным изменениям горизонтальной шкалы, частоты дискретизации и длины записи, что делает невозможным процесс измерений во временной области.

*Рисунок 3. При оптимизированном просмотре БПФ представление*
*тактового сигнала во временной области теперь сильно сжато.*

Как только просмотр во временной области позволяет легко визуализировать синхроимпульсы, то БПФ не имеет достаточного разрешения, чтобы быть полезным.

*Рисунок 4. Оптимизация временной области при использовании обычного БПФ.*
*Детализация частотной области для тактового сигнала с расширенным спектром отсутствует.*

Технология Spectrum View дает возможность регулировать настройки в частотной области, используя знакомые параметры, такие как центральная частота, полоса обзора и разрешение полосы (RBW), не зависимо от временной области. Таким образом можно независимо оптимизировать отображение в обоих областях.

*Рисунок 5. Глядя на тот же синхросигнал с расширенным спектром, что и на рисунках 3 и 4,*
*Spectrum View позволяет оптимизировать одновременный просмотр как во временной, так и в частотной областях.*

Время Спектра

Экранный индикатор под названием «Время спектра» (Spectrum Time) используется для указания того, в какой момент времени отображается спектр сигнала. Ширина индикатора Spectrum Time — это просто коэффициент окна, деленный на разрешение полосы. Вы можете перемещать «время спектра» в течение всего захвата, чтобы увидеть, как представление в частотной области изменяется со временем. Вы даже можете сделать это на остановленном захвате.

Мощность/Частота/Фаза в зависимости от времени

Базовые данные I и Q, которые используются для создания спектра, отображаемого в Spectrum View, также могут быть использованы для расчета радиочастотных и временных сигналов, которые показывают, как различные характеристики радиочастотного сигнала изменяются на протяжении всего сбора данных, а не только в том месте, где установлен экранный индикатор «Время спектра». Доступны три типа зависимостей:

Мощность — мгновенная мощность спектра в зависимости от времени
Частота — мгновенная частота спектра относительно центральной частоты в зависимости от времени
Фаза — мгновенная фаза спектра относительно центральной частоты в зависимости от времени

Рисунок 7. Очень легко увидеть, что происходит с расширенным спектром синхроимпульса, посмотрев на мощность и частоту в зависимости от времени. График зависимости от времени показывает, что сигнал включается в точке запуска на очень низком уровне, а график зависимости частоты от времени показывает, что сигнал остается на одной частоте в течение первых ~ 300 мс. В этот момент видно, что мощность сигнала значительно увеличивается и частота начинает меняться.

Каждая из этих трасс может быть включена и выключена независимо, и все три могут отображаться одновременно.

*Рисунок 8. Теперь мы увеличили интересующий период (примерно через 300-320 мс после запуска).*
*Обратите внимание, что можно ясно видеть колебания мощности и изменения частоты в более широком диапазоне.*

Рисунок 9. Теперь мы еще больше увеличили масштаб и можем легко просматривать используемую треугольную модуляцию частоты и можем посредством автоматического измерения в строке результатов подтвердить, что мы получаем правильную частоту модуляции 39,07 кГц.

Временная корреляция с другими сигналами

В дополнение к представлению того, как сигнал в частотной области изменяется со временем, время спектра позволяет вам коррелировать по времени события в частотной области с другими интересующими вас сигналами в вашей системе. На рисунке 10 мы зафиксировали запуск генератора, управляемого напряжением (ГУН) с фазовой автоподстройкой частоты ФАПЧ (PLL/VCO)

Рисунок 10. Подается сигнал на включение генератора, по шине SPI подаётся команда, которая сообщает генератору VCO, на какую частоту настраиваться. В данном случае это 2,4 ГГц. Используя Spectrum Time, мы можем просмотреть данные и увидеть, когда выходной РЧ сигнал стабилизировался на частоте 2,4 ГГц. Затем, используя курсоры, мы можем измерить временной интервал от события запуска до местоположения Spectrum Time и увидеть, что для достижения желаемой частоты потребовалось 304 мкс.

Канал 1 (желтый) — сигнал включения ГУН
Канал 2 (голубой) — это напряжение ФАПЧ
Канал 3 (линия B1, цифровая информация сжата) настроен как цифровой вход* и декодирует шину SPI, которая управляет генератором PLL/VCO
Канал 4 — РЧ выход

*Цифровые каналы активируются подключением логического пробника TLP058.

Многоканальный анализ

Для более сложного устранения неполадок, представление спектра доступно на нескольких каналах, как показано на рисунке 11. Каждый из двух аналоговых сигналов с цветовой кодировкой имеет соответствующий спектр. Обратите внимание, что теперь есть индикатор Spectrum Time для каждого канала (выделен белым прямоугольником). По умолчанию все индикаторы Spectrum Time коррелированы и перемещаются вместе, когда вы перемещаетесь по записи. Это гарантирует, что вы видите коррелированные по времени спектры по всем каналам. В этом примере два канала показывают запуск тактового сигнала из двух разных точек цепи.

*Рисунок 11. Когда отладочные задачи требуют многоканального анализа,*
*несколько каналов могут быть проанализированы одновременно.*

Для сложной диагностики, окна Spectrum Time можно «разблокировать» и перемещать независимо друг от друга. Кроме того, центральная частота каждого спектра может быть смещена независимо, однако все каналы просмотра спектра должны использовать одну и ту же полосу обзора, разрешение полосы и тип окна.

Рисунок 12. Окна Spectrum Time «разблокированы» и разнесены по разным временным интервалам относительно события запуска. Спектр каждого сигнала отображается в окне слева напротив каждого канала в соответствующем цвете.

Рисунок 13. Окна Spectrum Time «разблокированы» и разнесены по разным временным интервалам относительно события запуска. Спектр каждого сигнала отображается в окне слева напротив каждого канала в соответствующем цвете. Все спектры находятся в одном динамическом диапазоне, что дает возможность наложение спектров для сравнения сигналов.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ SPECTRUM VIEW

Медиатехнологии нового поколения
Автомобилестроение и автомобильный Ethernet
Оборонная промышленность
Приборостроение
Высокоскоростная передача данных
Разработка энергоэффективных систем
Разработка и отладка Интернет-вещей (IoT) устройств
Производственные испытания
Лабораторные испытания
Разработка и отладка электронных устройств
Образование и обучение

ВЫВОДЫ

С помощью новой технологии Spectrum View стал доступен многоканальный эффективный анализ и отладка встроенных систем с точной корреляцией событий как во временной, так и в частотной областях. Благодаря этому, можно анализировать аналоговые, цифровые и радиочастотные сигналы одновременно на одном экране. Это повышает точность измерений и сокращает время на тестирование и отладку системы.
Также появилась возможность независимого управления настройками во временной и частотной областях, что дает подробную картину каждого типа отображения сигнала на экране прибора. Это, в свою очередь, позволяет проводить точные измерения и анализ сигналов.
А с появлением функции построения зависимостей мощности/частоты/фазы от времени, можно проводить поэтапные измерения в нескольких контрольных точках устройства и анализировать его поведения в различных режимах работы.

Загрузите руководство Скачать