Jak dobiera się przetworniki AC w oscyloskopach cyfrowych 1GHz?

Sun Nov 14, 2004 12:31 pm   

Witam,

tak się ostatnio zastanawiam w jaki sposób dobiera się przetworniki AC
do takich oscyloskopów. Jeśli np. mamy oscyloskop o paśmie 1GHz i
podamy na jego wejście falę prostokątną o częstotliwości 1GHz, to aby
wykres na ekranie chociaż trochę przypominał prostokąt, to trzebaby
uwzględnić N harmonicznych z widma mierzonego sygnału. Powiedzmy że
N=5. W takim przypadku przetwornik powinien próbkować z szybkością
co najmniej 10GSPS. Szybko. A jak w praktyce dobiera się przetwornik
w takich przypadkach? Czy są do tego jakieś kryteria analityczne czy
też arbitralnie przyjmuje się że uwzględniamy N harmonicznych i koniec?

No i skąd producenci oscyloskopów biorą przetworniki do swoich
urządzeń? Bo to co jest w ogólnodostępnej ofercie producentów
półprzewodników jakoś słabo przystaje do tego co wynika z powyższych
obliczeń. :-)

Regards,
/J.D.
--
Jan Dubiec, jdx#slackware.pl, mobile: +48 506 790442

Głęboka wiara wymaga płytkiego rozumu i nikłej wiedzy.

Sun Nov 14, 2004 3:28 pm   

Jan Dubiec wrote:


ciach
jak osc ma pasmo 1GHZ, to twój prostokąt zostanie odfiltrowany na
wejściu tak, żeby najwyższa harmoniczna nie przekraczała 1GHz, czyli
dojedzie sinus w dobrym przypadku, a nic w złym.
--
Marek Lewandowski ICQ# 10139051/GG# 154441
locustXpoczta|onet|pl
http://www.stud.uni-karlsruhe.de/~uyh0
[! Odpowiadaj pod cytatem. Tnij cytaty. Podpisuj posty. !]

Sun Nov 14, 2004 5:31 pm   

On Sun, 14 Nov 2004 16:28:13 +0100, Marek Lewandowski <nospamabuse@onet.pl> wrote:

próbkowania wielokrotnie większej niż górna częstotliwość pasma oscyloskopu.
Np. taki THS720A ma pasmo 100MHz a prókuje z prędkością 500 MS/s.
Mnie interesuje wg. jakich kryteriów dobierane są częstotliwości próbkowania
w stosunku do maksymalnej częstotliwości w paśmie oscyloskopu.

Regards,
/J.D.
--
Jan Dubiec, jdx#slackware.pl, mobile: +48 506 790442

Głęboka wiara wymaga płytkiego rozumu i nikłej wiedzy.

Sun Nov 14, 2004 6:09 pm   

Użytkownik Jan Dubiec napisał:

Jeśli np. mamy oscyloskop o paśmie 1GHz i

.... na ekranie zobaczymy zniekszlałconą sinusoidę a nie prostokąt, bo
właśnie to wynika z pasma.


--

Pozdrawiam,

A. Grodecki

Sun Nov 14, 2004 6:28 pm   

On Sun, 14 Nov 2004 19:09:06 +0100, "A.Grodecki" <ag.usun_to@modeltronik.com> wrote:

prostu kłamstwem.

A tak wogóle co to znaczy że "wynika z pasma"? Nie można wstawić odpowiednio
"większego" ADC czy co? :-)

Regards,
/J.D.
--
Jan Dubiec, jdx#slackware.pl, mobile: +48 506 790442

Głęboka wiara wymaga płytkiego rozumu i nikłej wiedzy.

Sun Nov 14, 2004 6:57 pm   

Jan Dubiec wrote:


sinusoidy a nie prostokąt. To żadne kłamstwo.

TP.

--
| _ _ _ |
| _____ _| |_| | __ (o) | | __ __ @poczta.onet.pl |
| | \ | | |o \| \| |/o |/ _\| \ |
| |_|_|_| \_| |__/|_| |_|\__|\__||_| Tomasz Piasecki |

Sun Nov 14, 2004 6:59 pm   

Marku, nie sinus a _walnięty_ trójkąt ;-)


Nie zawsze. Miałem taki w którym probkowanie było 5x mniejsze niż pasmo.
Nie przeszkadzało to w odwzorowaniu prostokąta znacznie przekraczającego swoją
częstotliwością próbkowanie. Problem polegał jedynie na tym, ze akwizycja takiego
przebiegu trochę trwała (próbki są pobierane w teoretycznie przypadkowych odstępach od
momentu wyzwolenia - ot taka sobie częstotliwość ekwiwalentna, dodam że wysoko
gigahercowa).


Myślę, że to zależy jakiego typu jest oscyloskop. W cyfrakach widzę dwie możliwosci:
- albo bedzie to DRT i jego przetworniki będą znacznie szybciej próbkowały niż wynika
to z pasma cześci analogowej (chyba warunkiem jest przynajmniej 5-cio krotnie), nie
będzie też antyaliasingowego filtru*.
- albo będzie to DSO i jego przetworniki będą miały problem ze spełnieniem warunku jak
wyżej, dojdzie wtedy antyaliasingowy filtr, próbkowanie _ekwiwalentne_ i jeszcze kilka
drobiazgów (tryby pracy).

Co do moich doświadczeń z cyfrakami... Slicznie sprawują się takie, w których
standardowo włączona jest funkcja wykrywająca stany nieustalone/glicze przy
wolniejszych przebiegach (DSO), gorzej takie w ktorych trzeba sobie włączyć tą
funkcję - a operator zapomniał to zrobić (DRT). W tym drugim przypadku można się
mocno zdziwić dlaczego przebieg pomimo _synchronizacji_ jednak pełznie po ekranie )
W tym pierwszym zas denerwuje czas potrzebny na kompletną akwizycję przy szybkich
sygnałach. (nie dotyczy Hamegów**).

Wracając do pytania, dlaczego takie a nie inne przetworniki? To zapewne jest bardzo
zależne od typu oscyloskopu i jest mocnym kompromisem pomiedzy możliwościami a ceną
(możliwosci uwzględniają w tym przypadku plany marketingowe producenta).
Co do dostępności, jak dobrze poszukać to można pewnikiem kupić przetworniki, tylko po
co? Tanie nie będą, ich aplikacja pewnie też nie będzie banalna. Co do konkretnych
danych poszukaj postów Andrzeja K. Zresztą... weekend się kończy i Andrzej pewnie
poprawi co spaprałem ;-)

Miłego wieczoru.

__
Pzd, Irek.N.
* w tym przypadku tor analogowy robi za filtr - przy najszybszych częstotliwosciach i
podstawach. Kłopot gdy podstawa będzie wolna, próbkowanie zostanie zwolnione (żeby
zachować wymagany czas akwizycji) - wtedy tor analogowy nie jest już filtrem i mozna
się naciąć na ..jak to slicznie mówia... zawinięcie pasma? utozsamiony
przebieg?...może pozostanę przy aliasie Aby uniknąć zjawiska należy zmienić
podstawę (a co za tym idzie próbkowanie) i popatrzeć czy przebieg mocno się zmienił
(przykładowo z prostokąta nagle mamy grzebień, a zmieniliśmy tylko o jeden zakres),
albo...włączyć wykrywanie przebiegów nieustalonych/gliczy (w teku peak-detect), wtedy
przetworniki pojadą na innej podstawie niż ta nastawiona panelem i nie dopuszczą do
powstania zjawiska (zadziała tor analogowy jako filtr). Polecam trochę pomyśleć nad
funkcją peak-detect, moim zdaniem ślicznie została wymyślona.
** Dorwałem kiedyś analogowo-cyfrowy, w którym podanie szybkiego prostokąta było
ładnie odtwarzane w trybie analogowym i tragicznie w cyfrowym - właśnie dzięki
totalnie _spiep...._ filtracji.

Sun Nov 14, 2004 7:08 pm   

Zaraz, czy dobrze czytam...
Piszesz, że jeżeli oscyloskop nie jest w stanie prawidłowo odwzorować prostokąta o
częstotliwości równej podanej w dokumentacji - to jest to naciąganie?
Zobacz prosze co to znaczy że oscyloskop ma pasmo przykładowo X i zapewniam Cie, że po
zrozumieniu nie będziesz dalej tak twierdził. Tak jeszcze ku zastanowieniu. _Idealny_
prostokąt sięga swoimi harmonicznymi bardzo daleko, więc nawet jeżeli jego częstotliwość
będzie ułamkiem pasma oscyloskopu - to i tak nie wszystkie harmoniczne się _uwzględnią_
przy jego kreśleniu na ekranie i nie będzie on tym samym idealnie odwzorowany. Pytanie
więc - co to znaczy choć trochę przypominał prostokąt? ;-)

Miłego wieczoru.
__
Pzd, Irek.N.

Sun Nov 14, 2004 8:11 pm   

Użytkownik Jan Dubiec napisał:


Od początku. Jeśli oscyloskop ma pasmo 100MHz "analogowe" to znaczy że
tor wejściowy jest w stanie zobrazować przebieg sinusoidalnie zmienny o
częstotliwości 100MHz z błędem amplitudy równym równym -3dB. Albo
inaczej, własny czas narastania oscyloskopu wynosi 3.7ns.
Innymi słowy ograniczenie pasmowe oscyloskopu jest równoważne filtrowi
dolnoprzepustowemu pierwszego rzędu o częstotliwości granicznej 100MHz.
Nie oznacza to, że na oscyloskopie WCALE "nie widać" przebiegów
sinusoidalnych o wyższych czestościach, wręcz przeciwnie (bo
synchronizacja zwykle "chwyta" wyżej). Ale wyższe częstotliwości, jak to
przyt fltrowaniu, są osłabione jeszcze bardziej, zgodnie z
charakterystyką filtru. Więc jeśli wprowadzimy na wejście sygnał
prostokątny o częstotliwości 100MHz, to moc prążka podstawowego
(składowej 100MHz) jest zmniejszona o 3dB, a wyższych harmonicznych
jeszcze bardziej, ale NIE DO ZERA. A skoro te składowe nie sa zerowe, to
przebieg będzie czymś pośrednim między rzeczywistym przebiegiem
wejściową a sinusoidą, która jest wyłącznie prążkiem podstawowym. Jeśli
ograniczenie pasmowe oscyloskopu ma charakter filtru wyższego rzędu,
przebieg na oscyloskopie będzie bardziej zbliżony do sinusoidy.

Samo zwiększanie prędkości przetwarzania cyfrowego nic nie daje, jeśli
tor analogowy nie jest w stanie przenieść dostatecznie szybkich przebiegów.
Dalej, przy oscyloskopie real time 100MHz teroetycznie wystarczający
jest przetwornik 200MHz. Ale przetwornik IDEALNY, a nie 6 czy 8 bitowy!
Dlatego w rzeczywistości trzeba próbkować częściej, żeby z tych mało
dokładnych próbek wyliczyć przebieg SINUSOIDALNY zbliżony do
rzeczywistego. A jesli jeszcze byśmy chcieli mieć informację, że to
jednak nie był sinus, tylko przebieg odkształcony, wypadałoby zaczepić o
przynajmniej następną harmoniczną, czyli próbkować 400MHz.

Kapewu?

--

Pozdrawiam,

A. Grodecki

Sun Nov 14, 2004 8:14 pm   

On Sun, 14 Nov 2004 19:59:43 +0100, Ireneusz Niemczyk <Adres@znajdziesz.w.archiwum> wrote:
[.....]

okresowe. W każdym bądź razie już wiem o co chodzi - do tej pory jakoś
nie mogłem dopuścić myśli że sygnał można "zbierać" inaczej niż w czasie
rzeczywistym. :-)

BTW. Oglądałem parametry TDS7104 - pasmo 1GHz, częstotliwość próbkowania
real-time 10GS/s (przy pracy jednokanałowej), częstotliwość ekwiwalentna
250GS/s. Czyli jeszcze inaczej niż to co napisałeś. Tek zalicza go do Digital
Phosphor Oscilloscopes (DPO). Nie wiem czym się różnią od DSO.

Regards,
/J.D.
--
Jan Dubiec, jdx#slackware.pl, mobile: +48 506 790442

Głęboka wiara wymaga płytkiego rozumu i nikłej wiedzy.

Sun Nov 14, 2004 8:39 pm   

Ireneusz Niemczyk wrote:

<wielkie ciach :>
Ja się po prostu podłączę pod dyskusję.
Znacie jakąś fajną książkę, która opisuje budowę oscyloskopu?
Bo mnie ciekawią te wszystkie hasła typu wyzwalanie, itd.
Korzystałem z osc. na pracowni w technikum, ale podejżewam, że używaliśmy
funkcji, które nie wiedzieliśmy jak się nazywają, a już na pewno nie jak
działają, więc jakby ktoś znał to bym prosił.
No i jeszcze jedno? Co steruje takim oscyloskopem, jakie tam są
przetworniki, bo nie widziałem w katalogach przetworników 1GSPS,
a co steruje przepływem danych i ich cyfrową obróbką? FPGA? Bo to chyba
nawet DSP nie ma takich szybkich.
pozdrawiam

P.S. Trochę mi się rozsypał ten wątek w czytniku. Mam nadzieję zanleźć
odpowiedzi

Sun Nov 14, 2004 8:47 pm   

On Sun, 14 Nov 2004 20:08:10 +0100, Ireneusz Niemczyk <Adres@znajdziesz.w.archiwum> wrote:

takowa była w posiadanych przeze mnie podręcznikach do miernictwa. Co
prawda są trochę stare . Chociaż w jednym z nich coś o oscyloskopach
cyfrowych piszą. Poza tym IMO całkiem naturalne jest oczekiwanie
że przyrząd, którego jednym z głównych zadań jest pokazanie kształtu
badanego sygnału, zrobi to dobrze w całym paśmie deklarowanym przez
producenta.





f(t) - sygnał mierzony
fn(t) - suma pierwszych N harmonicznych rozwinięcia sygnału f(t)
w szereg Fouriera

Jeżeli

abs((f(t) - fn(t)) / f(t)) * 100% < 5%

to

kształt krzywej wykreślonej na ekranie oscyloskopu trochę przypomina
kształt sygnału rzeczywistego (mierzonego). :-)

Regards,
/J.D.
--
Jan Dubiec, jdx#slackware.pl, mobile: +48 506 790442

Głęboka wiara wymaga płytkiego rozumu i nikłej wiedzy.

Sun Nov 14, 2004 8:51 pm   

Hello Grzegorz,

Sunday, November 14, 2004, 9:39:19 PM, you wrote:


Rydzewski, Oscyloskop elektronowy (i ile mnie skleroza...) - klasyk,
na Allegro osiąga zaskakujące ceny ale książka zdecydowanie warta
grzechu. Uprzedzam: raczej analogowe podejście, choć zasady dotyczące
przetwarzania też są, tylko troszkę z innej epoki...

[...]

--
Best regards,
RoMan mailto:roman@pik-net.pl

Sun Nov 14, 2004 9:55 pm   

Użytkownik Jan Dubiec napisał:


Z tego wynika, że o pomiarach masz co najwyżej mgliste pojęcie. Myślisz
że zawsze, od kiedy są oscyloskopy "cyfrowe", były przetworniki
potrafiące mierzyć z taką prędkością jak teraz???


Widzisz, a przede mną stoi oscyloskop 100MHz pasma i 20Mpróbek/s (w
trybie cyfrowym).
CUD???
Tak to jest, jak ludzie dostają do ręki przyrząd cyfrowy, o niezbyt
jasno czytelnych parametrach, przeskakując zrozumienie podstawowych
modeli klasycznych (analogowych). Albo, co gorsza tacy, którzy
elektronikę sprowadzają do programowania mikrokontrolerów oraz włączania
przekaźnika kluczem npn... Następuje cała litania nieporozumień a pomiar
i/lub jego interpretacja często okazuje się wręcz niemożliwy.
Bo to umiejętnego korzystania z oscyloskopu cyfrowego potrzebna jest w
pierwszej kolejności dobra znajomość analogowego, potem dopiero
właściwości torów przetwarzania AC i przetwarzania cyfrowego sygnałów.

--

Pozdrawiam,

A. Grodecki

Sun Nov 14, 2004 9:58 pm   

To chyba niezbyt skomplikowany problem, skoro oscyloskop ma pasmo
1GHz to musi pokazywać przebiegi o częstotliwościach <=1GHz,
jeśli dostarczysz sinus 1GHz to bedzie on prawidłowo pokazany, a prostokąt
1GHz ma szersze pasmo, więc zostanie pokazane to co pozostanie
poniżej 1GHz, czyli na pweno nie będzie to prostokąt 1GHz.

pzdr
zbyszek