USB-осциллографы

Осциллографы являются контрольно-измерительными приборами, служащими для наблюдения формы и исследования амплитудных и частотных характеристик электрического сигнала. Причём измерение параметров возможно в любой момент наблюдения. И кроме этого, большинство современных осциллографов позволяют записывать осциллограммы, а также сравнивать сдвиги фаз.

Сфера применения: ремонт электроприборов или электронных устройств, связанные с поиском и отладкой неисправностей. Также используются для диагностики автомобильной электроники (например, электронного блока управления и датчиков).

Разновидности осциллографов

Ассортимент осциллографов отличается принципом работы и формой исполнения прибора. Это всего лишь основные критерии классификации. На самом деле их может быть намного больше.

По принципу работы осциллографы делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы показывают реальный сигнал без искажений, которые у цифровых осциллографов могут возникнуть в процессе работы. К другим преимуществам причисляют высокое вертикальное разрешение и простоту управления. При этом аналоговые осциллографы громоздкие из-за использования экранов с электронно-лучевой трубкой. Кроме того, такие экраны подвержены мерцанию и/или малой яркости. К минусам также относят низкую точность измерений.

Цифровые приборы оснащены аналого-цифровым преобразователем. Преимущество таких приборов — высокая точность, возможность исследования сигнала до момента запуска, отображение импульсных помех, масштабирование, запись осциллограм, широкие возможности обработки сигнала. Большинство цифровых осциллографов можно подключить к компьютеру. К недостаткам цифровых осциллографов относят высокую стоимость, вероятность отображения несуществующих сигналов и низкую чувствительность при исследовании слабых высокочастотных сигналов (которые могут отсекаться при отображении сигнала).

В зависимости от форм-фактора выделяют настольное, портативное и виртуальное (USB-осциллографы) исполнение.

Настольное исполнение предназначено для установки на стол при проведении исследований. Такие приборы снабжены большим экраном, подставками для установки на стол под углом. Как правило, это многоканальные устройства. При этом настольные осциллографы не стоит сравнивать со старыми, громоздкими советские приборами — современные настольные модели более компактны и лёгкие. Существуют даже миниатюрные настольные модели. В том числе, без корпусов, предназначенные для самостоятельной сборки.

Портативное исполнение присуще ручным осциллографам, которые также называют карманными. По внешнему виду напоминают мультиметры. Их отличает автономность, поскольку в качестве источника питания используются батареи. Такие приборы имеют компактные размеры и малый вес. Вследствие этого они подходят для полевых работ. Хотя функционал у них более скромный, чем у настольных устройств. Приборы данного форм-фактора являются цифровыми осциллографами.

Виртуальные или USB-осциллографы содержат лишь аппаратную часть. У них отсутствует дисплей. Поэтому для работы их следует подключать к ноутбуку или компьютеру и использовать специальное ПО.

Особенности USB-осциллографов

Отдельной разновидностью цифровых осциллографов являются виртуальные. Устройства данного типа становятся всё более популярными, поскольку они сочетают низкую стоимость и компактность. Правда, такие приборы не могут проводить исследования без задействования внешнего оборудования. Дело в том, что они состоят из измерительной части, а обработка сигнала и отображение осуществляется с помощью внешних устройств — ноутбука или компьютера с монитором. Для этого задействуется USB кабель. Поэтому из-за особенностей эксплуатации эту разновидность также называют USB-осциллографами или приставочными осциллографами.

В связи с возросшей популярностью виртуальные устройства представлены как устройствами начального уровня, так и стробоскопическими приборами с высокой полосой пропускания.

USB-соединение является наиболее распространённым интерфейсом для передачи данных. При этом некоторые модели оснащаются LAN разъёмами для использования компьютерного кабеля. Кроме того, выпускаются модификации виртуальных осциллографов, передающие данные по беспроводной Wi-fi связи.

Разновидности USB-осциллографов

USB-осциллографы можно классифицировать по двум параметрам: форма исполнения и способу обработки данных.

Виртуальные осциллографы выпускаются в двух исполнениях: в виде плоского блока или ручки. К устройствам первого типа для исследования тока необходимо подключить измерительные шнуры со щупами и зажимами «крокодил», тогда как осциллографы-ручки имеют встроенный щуп с присоединённым шнуром с зажимом «крокодил».

Для USB-осциллографов используются два основных способа обработки измерений: простой микропроцессорный и устройства с FPGA (интегральной схемой). Первый метод предлагает наиболее дешёвые, но менее производительные осциллографы, а другой —более совершенные приборы, которые можно запрограммировать.

Принцип работы микропроцессорных осциллографов состоит в приёме электрического сигнала и аналоговой обработке: затухание, усиление, согласование импеданса (если требуется). Затем сигналы передаются в аналого-цифровой преобразователь, который отправляет данные в микропроцессор. А оттуда — во внутреннюю память или к ПК.

Принимая во внимание архитектуру процессора, процессор обычно организует данные так, чтобы их можно было отправить на компьютер для проведения большей части обработки. Это означает, что на компьютер необходимо передать большое количество данных по USB-кабелю, и это может оказаться узким местом. Одна из основных проблем микропроцессорных осциллографов заключается в том, что невозможно гарантировать запуск триггера, поэтому можно пропустить важное событие в сигнале. Это может привести к тому, что будет потрачено много времени на отслеживание проблемы с сигналом, потому что она не может быть замечена осциллографом.

Программируемые USB-осциллографы с FPGA позволяют выполнять гораздо больший объём обработки в пределах самого устройства, причём за более короткое время. В основе таких осциллографов лежит интегральная схема FPGA (расшифровывается как «программируемая пользователем вентильная матрица») или CPLD (ПЛИС — программируемая логическая интегральная схема).

При использовании виртуальных осциллографов с интегральными схемами данные обрабатываются и хранятся в самом осциллографе, а ПК, в основном, используется для отображения сигналов и управления ими. Таким образом, USB-соединение не является узким местом и такой прибор может обеспечить срабатывание триггера.

Преимущества и недостатки виртуальных осциллографов

Преимущество USB-осциллографов состоит в экономии. Они характеризуются меньшей ценой в сравнении с портативными и настольными приборами. К тому же, этим устройствам не требуется питание. Ещё одним плюсом можно считать лёгкое управление с помощью программного обеспечения, которое поставляется в комплекте с осциллографом. Причём виртуальные осциллографы поддерживают как устаревшие, так и актуальные версии ОС и вычислительные способности ПК, поэтому для использования приборов не понадобится покупать новый компьютер.

Следующее преимущество связано с отображением осциллограмм на мониторе компьютера или ноутбука — они имеют большие дисплеи, позволяющие рассмотреть форму сигнала.

Ещё одно преимущество — компактность. USB-осциллографы намного меньше специализированных сервисных осциллографов, имеющих настольное исполнение. Для выездного обслуживания у многих инженеров уже есть портативный компьютер, поэтому можно использовать виртуальные осциллографы. При этом, по характеристикам некоторые модели соответствуют портативным и настольным осциллографам топ-уровня.

Безусловно, не обойтись и без недостатков. К ним можно зачислить необходимость наличия компьютера или ноутбука. Правда, существуют модели, которые поддерживают мобильные ОС — iOS и Android, а потому могут работать с планшетами и смартфонами.

К минусам также можно отнести низкую производительность у простых USB-осциллографов нижнего ценового сегмента.

Как выбрать?

При покупке USB-осциллографа следует обратить внимание на систему запуска (аналоговая или цифровая), наличие FPGA (влияет на производительность), разрешение, полосу пропускания, объём памяти, наличие генератора сигналов, совместимость с ОС.

Аналоговая система запуска (триггер) работает с помощью усилителей сигнала, которые могут создавать линейные и нелинейные погрешности в виде шума и сдвига положения запуска. Цифровая система запуска позволяет достичь гораздо более высокого уровня точности и гибкости (например, может быть установлен запуск для середины сигнала).

Убедитесь, что выбран USB-осциллограф на базе FPGA: USB-осциллографы, основанные на технологии FPGA, могут обеспечить гораздо более высокий уровень производительности. Микропроцессорные системы часто предлагают частоты дискретизации 48 МГц, 96 МГц и они обычно имеют ограниченную полосу пропускания.

Разрешение является одним из ключевых характеристик цифровых осциллографов. Некоторые модели низкого уровня могут предлагать только восьми или десяти битное разрешение. При отображении осциллограмм на экране компьютера с использованием осциллографов с более низким разрешением можно обнаружить отсутствие деталей. Иногда формы сигналов могут быть неровными, так как можно увидеть отдельные биты. Также можно потерять детали, особенно если смотреть на небольшое напряжение в присутствии гораздо большего. Некоторые приборы предлагают гораздо более высокие уровни разрешения, и они могут обеспечить более детальную информацию.

Полоса пропускания определяет видимый диапазон сигналов. При покупке необходимо руководствоваться принципом «пятикратного превышения наивысшей частоты сигнала». При использовании этого правила погрешность из-за частотных ограничений будет менее ±2%.

При выборе USB-осциллографа убедитесь, что в нем достаточно памяти для захвата и хранения необходимых осциллограмм.

Наличие генератора сигналов будет преимуществом при покупке, поскольку с его помощью можно сгенерировать различные формы импульсов (в том числе, произвольные — в зависимости от оснащения данной функцией).

Важной характеристикой может оказаться поддержка ОС. Так, большинство виртуальных осциллографов имеют программное обеспечение, работающее на компьютерах с Windows. Однако если Вы работаете на ПК с ОС Apple или Linux, необходимо внимательно изучить спецификацию и совместимость с операционной системой Вашего компьютера или ноутбука.

USB-осциллографы в интернет-магазине TCOM

В нашем интернет-магазине представлена линейка виртуальных осциллографов OWON. Эта компания предлагает серию VDS, состоящую из 2-х и 4-х канальных USB-осциллографов с полосой пропускания 25 или 100 МГц. Модификации «I» отличает наличие изоляции между питанием и землёй.

Также к данной разновидности относится осциллограф-ручка OWON RDS1021.

Осциллографы OWON VDS1022/VDS1022i — двухканальные, с частотой выборки 100 МВыб/с. С полосой пропускания 25 МГц и глубиной памяти 5000 отсчётов.

VDS3102 является двухканальным и обладает частотой выборки 1 ГВыб/с. Полоса пропускания 100 МГц. VDS3104 с аналогичными характеристиками является 4-х канальной.

Осциллографы OWON VDS2062 — двухканальные, с частотой выборки 500 МВыб/с. Полоса пропускания составляет 60 МГц, а глубина памяти — 10М отсчётов. Модель VDS2064 — четырёхканальная.

Модель VDS6102 — двухканальная. С частотой выборки 1 ГВыб/с. С полосой пропускания 100 МГц и глубиной памяти 10М отсчётов.