Tehnologia osciloscopului “flexibil” a fost introdusă în vara lui 1998, sub denumirea de Flexible Resolution ADC technology (pe scurt, ADC-FR sau Flex), şi promitea să revoluţioneze instrumentaţia virtuală prin intermediul unor performanţe fără precedent. Din toamna lui 1998, această tehnologie este disponibilă comercial, sub forma unui digitizor bazat pe PC, cu rezoluţia de 21 de biţi şi rata de eşantionare de 100 MSamples /sec.
Noul digitizor, NI 5911, încorporează tehnologia revoluţionară ADC – FR pentru a realiza cel mai scăzut zgomot şi cea mai largă gamă dinamică (-160 dBfs) dintre toate digitizoarele bazate pe calculator PC disponibile actualmente. El oferă performanţe nemaiîntâlnite până acum la un instrument de măsură bazat pe calculator şi are capacităţi egale, ba chiar superioare, multor instrumente independente, de vârf de gamă, cu funcţionalitate similară, dar cu un cost considerabil mai redus. Desigur, fiind vorba de osciloscoape profesionale, programabile, cu digitizare, termenul “preţ redus” este cu totul relativ, deoarece NI 5911 costă circa 5.000 de dolari!
Trebuie însă reţinut că noile plăci de 100MHz (NI 5911 pentru magistrala PCI, şi respectiv NI 5912 pentru VXI), nu sunt doar simple osciloscoape. Ele sunt digitizoare de forme de undă, dispozitive flexibile, cu viteză şi rezoluţie ridicată. Rezoluţia variază în funcţie de rata de eşantionare folosită, crescând de la 8 biţi la viteze de eşantionare mari (până la rata maximă, de 100M Samples / secundă) până la 21 de biţi, atunci când eşantionarea semnalului se face doar cu 12K Samples/ secundă.
În consecinţă, utilizarea digitizorului flexibil este eficientă nu pentru a înlocui un singur instrument (un osciloscop analogic ieftin), ci un întreg banc de test: osciloscop cu eşantionare, generatoare de semnal, wobuloscop, analizor de distorsiuni, voltmetru selectiv, analizor de spectru.
Plăcile digitizoare oferă distorsiuni şi zgomot reduse, la un preţ scăzut, putând fi folosite în aplicaţii precum analiza spectrală a semnalelor, înregistrarea semnalelor tranzitorii, analiza formelor de undă, etc. Datorită interfeţei directe cu magistrala de date a calculatorului, PCI sau VXI, transferul datelor este mai rapid decât la osciloscoapele numerice sau digitizoarele comparabile prevăzute cu interfaţă GPIB, ceea ce însemnă că puteţi efectua măsurătorile mai repede.
Cu ajutorul acestor plăci înserabile, se pot pune la punct rapid şi cu costuri scăzute sisteme de testare, măsurare şi culegere de date, pentru o largă gamă de aplicaţii, ce include testarea dispozitivelor semiconductoare, a echipamentelor video, caracterizarea componentelor electronice, testarea montajelor electronice.
Digitizoarele au un canal analogic de intrare pentru varianta PCI şi două pentru VXI, cu o bandă de frecvenţă de intrare de 100MHz, şi şapte game de intrare. Domeniul de amplitudini ale semnalelor este de la 0,1V la 10,0V.
Etajul de intrare analogic prezintă o impedanţă de intrare de 1Mohm, cuplaj în curent continuu sau alternativ, auto-calibrare pe placă şi protecţii la supratensiuni de până la 42V. Comutarea între cuplarea directă (C. C.) sau prin condensator (C. A.) se poate selecta şi prin soft, ceea ce măreşte considerabil posibilităţile de măsurare a semnalelor.
Achiziţia semnalelor se realizează în două moduri de lucru, modul convenţional sau modul cu rezoluţie variabilă.
În modul osciloscop convenţional, placa digitizoare funcţionează ca un osciloscop de 100MHz cu rezoluţia de 8 biţi, cu o rată de eşantionare în timp real de 100M Samples/ secundă, şi cu eşantionare intercalată aleator (random interleaved sampling – RIS) pentru semnalele repetitive. Modul convenţional trebuie folosit pentru a digitiza semnale cu lăţimea de bandă cuprinsă între 4 şi 100MHz.
Pentru semnale cu banda mai mică de 4 MHz, puteţi folosi modul cu rezoluţie flexibilă. Această tehnologie brevetată sporeşte rezoluţia efectivă peste limita de 8 biţi. Circuitele de conversie analog – numerică lucrează ca un convertor delta-sigma pe mai mulţi biţi. Semnalul este eşantionat cu 100M Samples/ secundă. Un circuit de formare a zgomotului deplasează zgomotul de cuantizare prezent în datele de la frecvenţe joase la frecvenţe mai înalte, unde nu deranjează. Apoi, datele sunt preluate de un procesor numeric de semnal, care liniarizează semnalul la o precizie de 21 de biţi, iar zgomotul de înaltă frecvenţă este eliminat de un filtru numeric trece-jos, care serveşte şi ca filtru anti-aliasing. În cele din urmă, datele sunt re-eşantionate cu o frecvenţă mai redusă (decimare), dar cu o rezoluţie efectivă mai mare. Toată procesarea semnalelor se face în timp real, pe fluxul de date de 100 MHz, astfel că nu se pierd date în timpul achiziţiei şi analizei semnalului.
Conectoare
Placa NI 5911 are un singur canal analogic de intrare, iar placa 5912, două canale, cu mufe BNC. Canalele CH0 şi CH1 sunt referite la masa comună în modul bipolar, dar le puteţi folosi pentru a face măsurători diferenţiale sau pentru a măsura semnale flotante efectuând prin program scăderea (diferenţa) semnalelor de pe cele două canale.
Semnalele digitale de declanşare provin fie de la magistrala de sincronizare RTSI pentru placa PCI, de la magistrala de sincronizare VXI, sau de la conectoarele externe digitale. Astfel, placa NI 5911 foloseşte o mufă SMB şi un conector DIN cu 9 pini (Aux) pentru semnalele digitale, iar placa NI 5912 foloseşte mufe .
Software
Plăcile NI 5911/5912 se livrează cu driverul de instrumente NI-Scope, care se conformează specificaţiilor IVI, şi cu Virtual Bench-Scope pentru control interactiv al osciloscopului virtual.
Atunci când construiţi o aplicaţie de testare automată sau când integraţi plăcile NI 5911 / 5912 cu programele de test existente, folosiţi driverul de instrument NI-Scope, care lucrează cu Lab VIEW (cod G), BridgeVIEW (cod G), LabWindows/CVI, C/C++ de la firmele Microsoft sau Borland, precum şi Visual Basic.
VirtualBench-Scope este un panou frontal software care permite un control interactiv al plăcilor NI 5911/5912. Nu este necesară nici-un fel de programare. Puteţi folosi VirtualBench-Scope exact la fel cum aţi utiliza un osciloscop real pe bancul de lucru, dar dispuneţi în plus de toate capacităţile de procesare, afişare, stocare a datelor şi comunicaţii în reţea ale calculatorului Dvs.
Lucrul cu panela software VirtualBench-Scope este intuitiv, se învaţă uşor prin experimentări, nu studiind manualul.
Se consideră că osciloscopul digital este calul de povară al laboratorului electronic avansat.
VirtualBench-Scope este partea de software pentru osciloscopul numeric de joasă frecvenţă (iniţial banda era de 20MHz, acum sporită la 100MHz), cu rezoluţie mare, destinat aplicaţiilor de testare şi măsură de joasă frecvenţă.
Utilitarul de osciloscop, VirtualBench-Scope, poate să lucreze cu mai multe plăci de achiziţie prevăzute cu intrări analogice. Desigur, el este proiectat special să profite de caracteristicile plăcilor de osciloscop de la National Instruments, modele clasice (precum PCI-5102, AT-5102, şi DAQCard-5102) sau cele mai noi (NI 5911 şi 5912). Cu aceste plăci dedicate, VirtualBench permite atingerea unor performanţe ridicate de osciloscopie.
VirtualBench-Scope oferă rate de eşantionare în timp real de până la 100 MHz
(şi până la 1 GHz folosind eşantionarea în timp echivalent), lăţimi de bandă de până la 100MHz. Rezoluţia pe verticală este dependentă de placa de achiziţie de date folosită: 12 biţi pentru plăcile ieftine cu intrări analogice, 16 biţi pentru plăcile de osciloscop dedicate, şi de la 8 la 21 de biţi, în funcţie de frecvenţă, cu NI 5911. Indiferent de tipul plăcii folosite, VirtualBench-Scope oferă 16 canale de intrare, cu o gamă de sensibilităţi de la 1 mV/diviziune la 10 V/diviziune, bază de timp cu game de la 10 ns/ diviziune la 100 ms/ diviziune, şi lungimi ale înregistrării de la 500 la 660.000 de puncte.
VirtualBench-Scope se poate declanşa atât pe semnale analogice cât şi digitale, chiar cu plăci de achiziţie care nu au facilitatea de trigger analogic inclus în hardware. Puteţi ajusta punctul de declanşare astfel ca să culegeţi semnalul înainte şi după punctul de declanşare. Declanşarea se poate face pe panta negativă sau pozitivă, pe marginea crescătoare sau descrescătoare a semnalului.
Cele mai puternice facilităţi sunt funcţiile automate de prelucrări matematice şi de analiză în timp real a semnalelor: amplitudinea, valoarea de curent continuu, valoarea eficace, valoarea vârf la vârf, minim şi maxim, determinarea caracteristicilor impulsurilor, frecvenţa, perioada, întârzierea, timpii de creştere şi de scădere, valoarea dV/dt, etc.
Ing. Cristian Malide
IMPERIAL ELECTRIC S.A.
Tel: 211.37.82
e-mail: office@imperialelectric.ro