Siglent oskilloskooppien wfm/s nopeuksista

Siglent oskilloskooppien wfm/s  nopeuksista yleistietoa sekä mittaustuloksia.

Siglent SPO (DPO) oskilloskooppien wfm/s nopeuteen vaikuttaa todella monet seikat sekä se onko kyseessä normaali tavallinen toimintatila tai sekvenssitallennus tila.
 
 - Normaalissa toimintatilassa katsellaan jatkuvasti päivittyvää kuvaa signaalista ja mahdollisista mittaustuloksista.

 - Sekvenssitallennuksessa käyttäjä määrittelee montako segmenttiä tallennetaan peräkkäin päivittämättä näyttöä ja tekemättä muuta kuin tallentamalla segmentti ja olemalla valmis tallentamaan seuraavan segmentin mähdollisimman pian.

Koska oskilloskooppia yleisimmin käytetään normalilla tavanomasella toimintavalla käsittelen sitä ensin ja laajemmin.


Huom: Käytän vanhana analogisten oskilloskooppien käyttäjänä termiä "vaakapyyhkäisy" koska se mielestäni edelleenkin kuvaa asiaa varsin mukavasti sensijaan että puhuisin aaltomuodon tallennuksesta, tai käyttäen termiä acquisition, capture, wfm...

Vaakapyyhkäisy.
Kun triggaus tapahtuu AD muunnin ottaa signaalista näytteitä määrävälein ja ne tuupataan muistiin peräjälkeen ja jäädään odottamaan seuraavaa triggausta. Näin on saatu muistin mittainen pätkä näytteitä signaalista. On tehty yksi vaakapyyhkäisy. Tuota nimitettään myös yhdeksi wfm (waveform). 
Vanhan mallinen digitaalinen oskilloskooppi piirsi tuon signaalikuvan näytölle. Kun kaikki oli valmista oskilloskooppi oli valmis seuraavaan triggaukseen ja tehtiin sen tapahduttua seuraava vaakapyyhkäisy (wfm tallenus muistiin) ja prosessoitiin siitä kuva ruudulle. Näin toimii perinteinen DSO, digitaalinen (muisti) oskilloskooppi.

Siglent SPO (DPO) oskilloskoopeissa vaakapyyhkäisyjä tehdään mahdollismman nopeasti kunnes näyttöä päivitetään jolloin pidetään pieni tauko.

Vaakapyyhkäisyt tapahtuvat purske tyyppisesti näytön päivitysten välissä ja vaakapyyhkäisyt pinotaan päällekkäin joka sitten päivitetään näytölle kun sen aika on.
Huomaa että vaikka ne pinotaan näyttömuistiin päällekkäin ovat ne silti historiapuskurissa aivan alkuperäisinä kukin vaakapyyhkäisy erikseen (ja aikaleimattuna).
Mikäli oskilloskooppi pysäytetään voidaan niitä tarkastella yksittäin Historia katselua käyttäen. .





Normaali tallennus.

Seuraava esimerkki kuvaa tilannetta.




Kuva a1
Kuvassa oskilloskooppi (SDS2000X Plus)  näyttää 2MHz taajuudella kanavaan 1 tulevaa pulssijonoa. Triggausehtona tässä on Slope. Määritelty että jos määrättyjen tasojen välinen nousuaika on 45 ja 50ns välillä, silloin tapahtuu triggaus. Kuten kuvassa tapahtuukin. (pulssin nousuaika on tässä signaalissa kuitenkin vakio vakio)
Kuvan näyttömuoto on Dots.
Tässä kuitenkin tuossa yhdessä kuvaruudussa on päällekkäin melkoinen joukko vaakapyyhkäisyjä joten pisteet ei näy vaan yhtenäinen viiva.
Itse kuvaruudun päivitystaajuus on noin 30Hz luokkaa (päivitys intervalli tässä noin 32.6ms)

Tässä tapauksessa oskilloskooppi saavuttaa maksimi wfm/s nopeuden joka on noin 120kwfm/s.


Tuossa yhdessä kuvaruudussa (Kuva a1) on päällekkäin kerrostettuna tässä esimerkin tapauksessa 3936 wfm. Yhden vaakapyyhkäisyn (wfm) pituus on tässä tapauksessa 1000 näytepistettä. Siis vaakapyyhkäisyjä päällekkäin 3936 kpl. Tämä on myös olennainen seikka kun muodostetaan kirkkaus tai värigradienttia tuohon signaalikuvaan. Tässä kuvassa signaali on niin vakio että kaikki on jokseenkin tarkalleen päälletysten joten selkeää kirkkausgradaatiota ei juuri ole.

Seuraava kuva selventää asiaa. Siinä on tuon kuva a1 oskilloskoopin Trig Out lähtö signaali tuotu toiseen oskilloskooppiin.




Kuva a2
Kuvan yläosassa näkyy muutama lukuisia vaakapyyhkäisyjä sisältävä purske joiden välissä on aina pieni tauko.
Tässä siis jokainen tuollainen pulssi vastaa yhtä triggausta ja siis yhtä toteutunutta vaakapyyhkäisyä siinä oskilloskoopissa (tässä SDS2000X Plus) jonka Trig Out lähdön signaali tässä kuvassa on.

X1-X2 kursoreilla on mitattu purskeiden intervalli (edellisen purskeen jälkeinen tauko ja nopeiden vaakapyyhkäisyjen purskeaika, näkyy olevan 32.58ms)
Tuolla intervallilla siis päivitetään kuvaa näytölle.

Z1 (zoom Ch1) ikkunassa näkyy purskeen muutama ensimmäinen ´Trig Out lähdön pulssi. Jokainen noista pulsseista vastaa yhtä vaakapyyhkäisyä.
Tuossa on mittausarvoksi saatu 3936 pulssia. Mittaus on GATE kursoreilla rajattu niin että vain yhden burstin (purskeen) ajalta mitaltaan,  eli lasketaan pulssit noiden Gate rajojen välistä)
Tuo pulssiluku kertoo samalla että seuraavan tauon aikana päivitetty kuvaruudun signaalikuva on sisältänyt 3936 vaakapyyhkäisyä pinottuna päällekkäin. (josta sitten muodostuu myös suuri osa kirkkausgradientista)
Tämä on juuri sitä SPO (DPO) ominaisuutta.

Tuon purskeen aikana on ns piikkitaajuus. Koska purskeiden väleissä on tuo tauko sitä ei voi nimetä oskilloskoopin max wfm/s nopeudeksi. Keskimääräinen max nopeus on hiukan yli 120kwfm/s joka on myös datalehdellä ilmoitettu tälle mallille. Sekin on kuitenkin sellainen "up to" arvo. saavutettavissa vain tietyilla asetuksilla ja silloin tietenkin myös signaalissa tulee esiintyä triggaavia tapahtumia riittävän nopeasti.

Moni seikka vaikuttaa nopeuteen. Vaakanopeus (t/div) sekä itse signaali. Samoin näyttömuoto dots/vectors vaikuttaa, samoin interpolointi Sinc tai x. Myös mittaukset ja muut toiminnot vaikuttavat. Sen kertominen mikä se on kaikissa eri tapauksissa on "mahdoton".  Ei taitaisi almanakassa riittää päiviä sen tutkimiseen. Eikä niillä tarkoilla yksityiskohtaisilla tiedoilla oikeastaan paljoakaan ole arvoa.
Tärkeää sensijaan on että käyrttäjä tiedostaa asian ja osaa soveltaa tietoa eri tilanteissa niin että saa optimoitua mittauksensa ja välttää jotain mahdollisia ansoja tämän tiimoilta.

Pursketyyppinen toimintatapa mahdollistaa yksinkertasemman ja edullisemman rakenteen. Täysverinen "ping-pong" tallennus ja lennossa näytölle prosessointi tms  ratkaisut ei ole mikään pelkkä softajuttu vaan vaatii eritystä hardwarea.

On kuitenkin joitain mittauksia ja analysointeja tehdessä tärkeää tiedostaa tämän toimintaperiaatteen vaikutukset. Tuon purskeiden välisen tauon aikana oskilloskooppi on sokea signaalille melko "pitkän" ajan. Lyhyempi sokea aika on toki myös purskeen sisällä jokaisen vaakapyyhkäisyn välissä.

Tauon pituus ja vaakapyyhkäisyjen toistointervalli vaihtelee eri asetuksilla sekä myös riippuen siitä mitä toimintoja on samaan aikaan käynnissä.. matematiikkaa, mittauksia... (katso eri mallien wfm/s nopeustaulukot)





Käytettävissä on myös toisenlainen toimintamuoto.

Sekvenssitallennus.

Sekvenssitallennuksesta lisää asiaa.

Siinä esimerkiksi yksi Sekvenssi voi olla määritelty niin että  Sekvenssissä on 90000 segmenttiä ja yhden segmentin muistin määrä on 1ktavu... tai jotain aivan muuta, asetuksista riippuen.
Maksimi segmenttimäärä riippuu mallista.


Siinä yhden sekvenssin sisällä ei koskaan esiinny tuota taukoa. Toisaalta yhden sekvenssin aikana ei myöskään päivitetä näyttöä, ei mitata eikä tehdä muutakaan. Ainoastaan tallennetaan vaakapyyhkäisy ja ollaan niin nopeasti kuin mahdollista seuraavaan trigattuun vaakapyyhkäysyyn. Tässä toiminnossa saavutetaan jopa 2us triggausväli.

Tässä toimintavassa siis voidaan varmistua että ei tule tuota ylimääräistä taukoa ja toisaalta lisäksi ollaan myös hiukan nopeammin muutoinkin valmiita seuraavaan triggaukseen.
Toisaalta voidaan myös saada talteen esimerkiksi nopeita yksittäisiä tapahtumia pitkältäkin ajalta.  Esimerkkinä vaikkapa sekunnin välein tulevia 10ns pulsseja saataisiin talteen 2GSa/s näytenopeudella, yhdenkään pulssin jäämättä välistä, jopa yli 22 tunnin ajalta. (siis silloin kuin niiden pulssien välinen ajanjakso signaalissa ei kiinnosta) Ei myöskään yhtään pulssia väliin mikäli se sattusi juuri tuohon tauon kohdalle pursketyyppisessä toiminnassa.)
Ei tuollaiseen yli 20 tunnin tallennukseen muisti riittäisi alkuunkaan. 2GSa/s edllyttäisi 20 tunnin ajallle yli 140 Teratavua muistia johon voi työntää 2Gtavua/s nopeudella jatkuvana.
Siis yksinkertaisesti, tietyntyyppisissä käyttötilanteissa ikäänkiin muistin "jatkamiseen".  Historia lienee jok sen kaltainen että vanhaan aikaan kun muisti oli todella kallista ja sitä oli vähän... kun piti esim tutkapulsseja saada talteen jokin määrä riirttävällä näytenopeudella, ratkaisu oli muistin jakaminen segmentteihin ja tallenus pysäytettiin aina kun segmentti tuli täyteen näytteitä ja uuden segmentin tallennus alkoi kun suraava triggaus tapahtui.
Siksipä tällä on myös nimenä "segmented memory acquisition" tai joku muu vastaava.

Esimerkki.



Kuva a3
Tässäkin oskilloskooppina SDS2000X Plus. Signaali kuten kuvassa, 500kHz pulssitaajuus ja trig asetus sama kuin kuvassa a1. Näyttötapa Dots ja interpolointi x.

Käynnistetty yhden Sekvenssin tallennus (Single). Sekvenssin segmenttien määrä tässä tapauksessa maksimi 90000 segmenttiä. Kun koko sekvenssi valmis tallennus pysähtyi.  Kuvassa on tilanne tuossa pysähtimisen jälkeen. Tuossa näytöllä on siis kerrostettuna kaikki 90000 segmenttiä (toisin ilmaistuna 90000 wfm  tai 90000 "vaakapyyhkäisyä")

Mikäli sekvenssitallennus olisi jatkuvassa tilassa. Trigger Normal toistuisi se niin että kun 90000 saatu tallennettua, prosessoidaan ne kuvaruudulle ja aloitetaan uusi sekvenssi. Tässä kyseisessä tapauksessa sekvenssien välinen prosessointiaika reilu 1 sekunti jonka ajan siis edellisen sekvenssin tulos näytöllä.





Kuva a4
Kuva a3 tilanteesta tallennettu SDS2000X Plus oskilloskoopin Trig Out lähtö toisella oskilloskoopilla katsottuna.
Mitauksessa tuon yhden Sekvenssin trig out pulssien lukumäärä. Kuten näkyy 90000 pulssia. Olen esimerkin vuoksi mitannut käyttänyt Gate toimintoa. Siinä siis asetetaan Gate rajat A ja B joiden välistä mitataan (noin 181ms aikaikkuna).
Normaali kursorit X1 ja X2 on asetettu havainnollistamaan triggausintervallia joka tässä on 2us. Tämä on tällä SDS2000X Plus oskilloskoopilla maksimaalinen sekvenssin wfm/s nopeus joka siis on 500kwfm/s.

Tuossa voisi pulssitaajuutena olla jokin muu hitaampia... Sekvenssin tallenusaika olisi sitten pidempi... 1 sekunnin pulssivälillä se olisi 90000 sekuntia.
Kun sekvenssi on tallennettu voidaan avata Historia ja tarkastella kutakin segmenttia erikseen tai kelata niitä eteen- ja taaksepäin. Niistä voidan tehdä mittauksia. Niitä voi dekoodata. Voi katsoa kunkin segmentin FFT jne...
Segmetti on yksi vaakapyyhkäisy sisältäen aivan normaalilla tavalla AD muuntimen todelliset näytteet. Niitä katsellessa voi valita interpoloinnin ja näyttömuodon, niitä voi zoomata jne.
Juuri tämä tekee Siglentin historiabufferista varsin hyödyllisen. Lisänä siellä on jokaiselle segmentille triggerin aikaleima. 
(Aivan sama asia normaalin toimitatilan historiapuskurin osalta. Sillä erolla että ei päästä samoihin wfm nopeuksiin ja se että määrävälein on se pidempi tauko jonka aikana oskilloskooppi on "sokea". Siihen taukoon osuvat triggaustapahtumat jäävät tallentamatta vaikka keskiarvonopeus riittäisikin.)

Olennaista Sekvenssitallennuksessa on se mikä on maksimi taattu nopeus jolla ei menetetä yhtään pulssia silloin kun tämä seikka on tärkeää. Se on tuo 500kwfm/s kun kyseinen skoopin t/div on 50ns/div ja yksi kanava käytösä. Jotkin triggaustavat saattavat hidastaa. Perus Edge triggaus on aina nopein kunhan Holdoff aika on nolla. (näyttö ja interpolointi, kurosorit, mittaukset ym asetukset ei vaikuta). Muilla asetuksilla tiedot löytyy kun saan taulukoita vähitellen valmiiksi.

Sivuhuomautuksena kuitenkin se että tälläkään tavalla ei tietenkään saada "aukotonta" pötköä talteen. Tässä esimerkissä tallessa on 90000 kuvan a3 pulssia, kukin yhdessä segmentissä. Segmentin pituus tässä tapauksessa 1ksample ja siis 500ns. Kun 500ns mittaisia segmenttejä on 2us välein jää jokaisen segmentin väliin 1500ns. Kussakin segmetissa näytenopeus 2GSa/s

Mikä olisi pisin sellainen tallennusaika esimerkin oskilloskoopilla SDS2000X Plus,  jossa ei jää mitään pois ja näytenopeus on 2GSa/s. Se on 100ms. (10ms/div, 1kanava, 200M muistia)
Sekvenssitallennuksen yksi tärkeä idea on saada talteen tapahtumia pitkältäkin aikaväliltä silloin kun tapahtumien välinen aika on vain odottelua. Samalla varmistuu että tapahtuma ei osu (ja siis huku) taukoaikaan joka on normaalissa toimintatilassa näytän päivityksen aikoihin.

Siglent yleensä ilmoittaa kullekin oskilloskooppimallille Sekvenssitallennuksen maksimi nopeuden samoin kuin normaalin katselutilan huippunopeuden.
Kumpikin huippunopeus saavutetaan vain tietyilla asetuksilla.
On aivan selvää että 1ms/div asetuksella ei oskilloskooppi voi saavuttaa tullaisia nopeuksia. Jos oskilloskoopissa on 10 vaakaruutua (10 div) ja vaakanopeus olisi 1ms/div niin ideaalilla oskilloskoopilla jossa on 0% sokeaa aikaa olisi nopeus silloin tietenkin 100wfm/s (kukin wfm pituudeltaan 10ms). Tässä tapauksessa esim SDS2000X Plus (8 bit tilassa) nopeus olisi noin 20 vaakapyyhkäisyä (wfm) sekunnissa jolloin kuinkin vaakapyyhäisyn väliin jäisi noin 40ms.

Taulukoita mitatuista nopeuksista.

Huomaa että signaalin ominaisuudet vaikuttavat enemmän tai vähemmän lopulliseen todelliseen vallitsevaan nopeuteen.
Tässä on annettu Auto trig trigata niin nopeasti kuin se triggaa ilman signaalia. Se johtaa useinmiten likipitäen maksimi nopeuteen.
Huoma että myös sekä HW että FW versio saattaa vaikuttaa joihinkin yksityskohtiin.
Taulukot EI ole spesifikaatioita eikä niitä muutenkaan pidä ottaa liian kirjaimellisesti. Niitä tulee lukea suuntaa antavina.


Seuraavassa kuvat a5 - a8. SDS2000X Plus mallin nopeuksia normaalissa tilassa.
(Sekvenssitallennus tilan nopeuksia iiden jälkeen)

Huomaa että käytössä FW versio 1.6.0 joka ei ole ollut julkisessa jakelussa ja tuskin tuleekaan olemaan.
Tässä nopeus asiassa kuitenkin tuskin mitään olennaisia muutoksia on aiempiin tai seuraaviin mahdollisiin versioihin koska hardware on mikä on.
Lisäksi eihän noihin nopeuksiin muutenkaan kannata liian tarkasti tuijottaa normaalin käyttön näkökulmasta.




Kuva a5
Mitattu käytäen kanavaa 1. Nopeudet ovat samoja kun mikä tahansa kanava on yksin käytössä.
Tällöin maksimi näytenopeus 2GSa/s ja max 200M muistia



Kuva a6
Mitattu käytäen kahta kanavaa siten että kumpikin kanava on eri kanavaparista.
Nopeudet ovat samoja seuraavissa tapauksissa:
Ch1 + Ch3
Ch1 + Ch4
Ch2 + Ch3
Ch2 + Ch4
Tällöin maksimi näytenopeus 2GSa/s ja max 200M muistia/kanava



Kuva a7
Mitattu käytäen kahta kanavaa siten että kuimpikin kanava on samasta kanavaparista.
Tällöin maksimi näytenopeus 1GSa/s ja max 100M muistia/kanava
Nopeudet ovat samoja seuraavissa tapauksissa:
Ch1 + Ch2
Ch3 + Ch4
Huomaa muutama hiukan outo nopeuskäytös joista huomautukset.



Kuva a8
Mitattu käyttäen kaikki 4 kanavaa samaan aikaan aktiivisena.
Tällöin maksimi näytenopeus 1GSa/s ja max 100M muistia/kanava



Seuraavassa kuvat a9 (- a12 myhemmin). SDS2000X Plus mallin nopeuksia Sekvenssitallennus tilassa.



Kuva a9
Sekvenssitallennuksen nopeuksien osalta on hyvä tietää nimenomaan niinsanottu taattu maksiminopeus.
Sekvenssitallennuksessa ei ole lainkaan sellaista taukoa kuin normaalissa toimintatilassa joten yhden sekvenssin aikana voidaan olla varmoja että yksikään segmentti jää tallentamatta mikäli signaalin nopeus on enintään taulukossa oleva maksiminopeus. Signaalin nopeus tarkoittaa siinä esiintyvien triggaus tapahtumien esiintymisnopeutta.

Esimerkki. Esiintyy 90000 kpl 50 ns pulsseja sattumanvaraisin välein mutta siten että yksikään väli ei ole alle 1,88 µs. Tällöin kun kaikki 90000 pulssia on saatu talteen voidaan olla varmoja että yksikään pulssi ei ole jäänyt pois.
Siglentin datalehden mukainen maksiminopeus on 500000 segmenttiä sekunnissa vastaten 2 µs triggaus intervallia. Mitattu nopeus on siis hiukan suurempi. Tämä maksiminopeus saavutetaan, kuten taulukostakin ilmenee, kun t/div on 50 ns ja triggaus Edge ja Holdoff aika 0. Huomaa että nopeammilla 50 ns/div asetuksilla interpolointitapa vaikuttaa erittäin voimakkaasti nopeuteen. Toisaalta en tiedä miksi edes käyttäisi alle 50 ns/div aikoja koska tuolla saa kaiken saman talteen ja maksimi segmenttien määrä on sama ja maksiminopeuskin on hitaampi. Silloin kun tallenntua katselllaan (historia) voidaan katselua varten valita haluttaessa nopeampi t/div asetus vaikka olisi tallennettu hitaammalla t/div asetuksella.

Kun koko Sekvenssi on tallennettu, sen jälkeen oskilloskooppi prosessoi koko sekvenssin näytölle. Tämä prosessointi vie aika kauan aikaa jos segmenttejä on paljon. Aika riippuu myös valitusta näyttötavasta (Dots/Vektors ja interpolointityypistä x tai Sinc)

Jatkuu...

--»  Ylös 

--»  Oskilloskoopit

--»  Etusivulle - Home