Перейти к содержанию

Режимы сбора данных осциллографа

АЦП осциллографа часто работает быстрее, чем нужно для выбранной развёртки, и из нескольких выборок приходится делать одну точку. Как именно — решает режим сбора данных: можно взять одну выборку, сохранить минимум и максимум или усреднить, и картинка от этого сильно меняется.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Режим сбора данных (acquisition mode) — настройка цифрового осциллографа, которая определяет, как из выборок АЦП получаются точки осциллограммы на экране. Когда АЦП делает больше выборок, чем точек в записи, несколько выборок сводятся в одну точку, и это можно сделать по-разному (Tektronix, XYZs of Oscilloscopes, Acquisition Modes). Выбор режима меняет, видны ли на экране короткие выбросы и сколько на нём шума.

Основные режимы

РежимКак получается точкаДля чего
Sample (Normal)одна выборка на интервалбольшинство сигналов
Peak Detectминимум и максимум за интервалузкие импульсы на медленной развёртке
High Resolutionсреднее выборок внутри интерваламеньше шума, в том числе на однократном сигнале
Averageсреднее по нескольким записямменьше шума на повторяющемся сигнале
Envelopeнакопление минимумов и максимумов по записямразброс сигнала во времени

Описание режимов — по Tektronix (Acquisition Modes) и RIGOL DS1000Z (User's Guide, гл. 4).

Peak Detect против потери импульсов

На медленной развёртке частота дискретизации падает, потому что длина записи ограничена. Короткий импульс может оказаться между выборками и пропасть. В Peak Detect АЦП работает на высокой частоте, а в запись попадают крайние значения, поэтому импульс останется виден. У RIGOL DS1000Z так ловятся импульсы шириной от 4 нс; RIGOL предупреждает, что шум на экране при этом выглядит сильнее.

Average и High Resolution против шума

Оба режима усредняют, но по-разному. Average складывает несколько последовательных записей (у DS1000Z — 2…1024): случайный шум падает, полоса не страдает, но нужен повторяющийся сигнал и стабильная синхронизация, а изображение реагирует медленнее. High Resolution усредняет соседние выборки одной записи — работает и на однократном событии и повышает вертикальное разрешение (у DS1000Z до 12 бит при 8-битном АЦП), но, по нашему выводу, такое усреднение действует как фильтр нижних частот и сглаживает самые быстрые детали. Тот же принцип выигрыша разрядов усреднением используют в АЦП микроконтроллеров — см. передискретизацию.

Частые вопросы

Когда включать Peak Detect?

Когда на медленной развёртке нужно увидеть короткие выбросы. На медленной развёртке частота дискретизации падает, и узкий импульс может попасть между выборками. В Peak Detect АЦП работает быстро, а на экран идут минимум и максимум за интервал, поэтому импульс не теряется (Tektronix, Acquisition Modes). У RIGOL DS1000Z так видны импульсы шириной от 4 нс; цена — на экране больше шума.

Чем Average отличается от High Resolution?

Average усредняет последовательные записи одного и того же повторяющегося сигнала и убирает шум, не уменьшая полосу. High Resolution усредняет соседние выборки внутри одной записи, поэтому работает и на однократном событии (Tektronix; RIGOL, гл. 4). Наш вывод: усреднение соседних выборок — это фильтр нижних частот, поэтому самые быстрые детали сигнала он сглаживает. RIGOL прямо разделяет их: усреднение по записям и усреднение в одной записи.

Почему в режиме Average сигнал реагирует с задержкой?

Потому что на экране — среднее по многим записям, у RIGOL DS1000Z от 2 до 1024. Чем больше записей, тем меньше шум, но тем медленнее изображение следует за изменением сигнала (User's Guide, гл. 4). Для непериодического или меняющегося сигнала Average не подходит вовсе — Tektronix отмечает, что ему нужен повторяющийся сигнал.

Источники

  1. Tektronix. XYZs of Oscilloscopes, primer 03W-8605-7 (2016) — Acquisition Modes — как из точек выборки (значений АЦП) получаются точки осциллограммы; Sample — одна выборка на интервал; Peak Detect — минимум и максимум за два интервала, АЦП работает быстро и на медленной развёртке, ловит узкие импульсы; Hi-Res — усреднение выборок внутри интервала, меньше шум и лучше разрешение для медленных сигналов, работает и на однократном сигнале; Envelope — накопление минимумов и максимумов по многим записям; Average — усреднение последовательных записей, уменьшает шум без потери полосы, нужен повторяющийся сигнал; рис. 23 — частота дискретизации падает с замедлением развёртки
  2. RIGOL. MSO1000Z/DS1000Z Series Digital Oscilloscope User's Guide, UGA19111-1110 (Aug. 2016) — гл. 4 — режимы Normal, Peak Detect, Average, High Resolution; Peak Detect: максимум и минимум за интервал, видны импульсы не уже периода выборки, шум на экране больше; Average: 2, 4, 8 … 1024 записей, меньше шум и выше разрешение, но медленнее отклик; High Resolution — усреднение соседних точек одной записи, когда АЦП быстрее памяти; «Average» — усреднение по записям, «High Res» — внутри одной; гл. 18 — Peak Detect 4 нс, High Resolution до 12 бит

Нашли ошибку?

Смотрите также