ЖУРНАЛ «СТА» 1/2016

а также выполнения сложных расчётов, таких как построение гистограммиБПФ. Дигитайзер или цифровой осциллограф? Дигитайзеры имеют с цифровыми ос- циллографами много общего и поэтому логично спросить: «Какой из приборов лучше всего подходит для измерений в моём приложении?» Есть пять вопросов, которые вы должны задать себе, чтобы решить, что именно использовать. 1. Будете ли вы использовать прибор для устранения неполадок цепи, устройства или процесса, в ходе которых могут потре- боваться анализ и обработка данных? Дигитайзер является наиболее подхо- дящим инструментом, если необходимо измерять, анализировать или обрабаты- вать данные. Тесная связь дигитайзера с компьютером делает его идеальным ин- струментом для сбора и обработки дан- ных больших объёмов. С другой сторо- ны, поиск и устранение неисправно- стей требует интерактивных возможно- стей визуализации, как у осциллографа. 2. Нужно ли вам обрабатывать несколь- ко каналов в компактном форм-факторе и с минимальной мощностью потребления? Несколько каналов на плате и не- сколько плат в системе, работающих синхронно, – это сильная сторона со- временных модульных дигитайзеров. Модульные платформы, такие как пла- ты серии M4i Spectrum, позволяют на- ращивать число аналоговых или цифро- вых каналов, возможности по генера- ции эталонных аналоговых сигналов. 3. Требуется ли высокая производи- тельность измерений? Это ещё одна область, где модульные дигитайзеры смогли преуспеть. Мо- дульные дигитайзеры на основе много- полосной шины PCIe способны переда- вать данные со скоростью до 3,4 Гбайт/с и позволяют легко и быстро обрабаты- вать их в компьютере. 4. Требуется ли обрабатывать получен- ные данные сторонним или пользователь- ским ПО? Высокая пропускная способность и большая буферная память делают диги- тайзеры отличным объектом интегра- ции для систем измерения с последую- щей программной обработкой данных. 5. Требуется ли вам обеспечить низкую стоимость владения? Дигитайзеры обеспечивают самую низкую стоимость на один канал опро- са, простоту использования, высокую скорость интеграции и надёжности. Вывод Надеемся, что когда вам потребуется в следующий раз собирать данные, вы рассмотрите в качестве инструмента модульный дигитайзер и воспользуе- тесь всеми преимуществами этого за- мечательного устройства. П РЕИМУЩЕСТВА ШИРОКОПОЛОСНЫХ ДИГИТАЙЗЕРОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ Двумя ключевыми характеристиками дигитайзеров являются пропускная спо- собность и разрешение по амплитуде. Однако они взаимозависимы: увеличе- ние разрешения достигается за счёт сни- жения пропускной способности, поэто- му для решения своих задач пользовате- ли вынуждены идти на компромисс в выборе дигитайзера. В этом разделе об- суждаются преимущества и ограниче- ния широкополосных дигитайзеров с разрешением больше 12 бит и пропуск- ной способностью выше 20 МГц. Разрешение и динамический диапазон Дигитайзеры преобразовывают вы- борки аналогового сигнала в цифровые значения с использованием АЦП. Раз- решение АЦП – это количество разря- дов, используемых им для оцифровки входных выборок. Для N -разрядного АЦП количество дискретных цифровых уровней, которые могут быть реализова- ны, равно 2 N . Таким образом, 12-разряд- ный дигитайзер может обеспечить 2 12 , или 4096 уровней квантования. Бит lsb (least significant bit – младший значащий бит) представляет собой наименьший интервал, который может быть распо- знан. Для 12-разрядного дигитайзера он составит 1/4096, или 2,4 × 10 –4 . Чтобы преобразовать lsb в вольты, возьмём входной диапазон дигитайзера и поде- лим его на 2 N , где N – разрешение диги- тайзера. В табл. 1 показаны значения lsb для входного сигнала амплитудой в 1 В (± 500 мВ) при использовании дигитай- зеров с разрешением от 8 до 16 бит. Раз- решение определяет точность измере- ния. Чем больше разрешение дигитай- зера, тем более точными будут значения измерений. Дигитайзер с 8-разрядным АЦП делит амплитудный диапазон входного усилителя на 256 дискретных уровней. При диапазоне в 1 В 8-разряд- ный АЦП не может идеально распо- знать изменение напряжения сигнала менее чем 3,92 мВ, в то время как 16-би- товый АЦП с 65536 дискретными уров- нями может без проблем зарегистриро- вать изменение величиной 15 мкВ. Одна из сфер использования диги- тайзера высокого разрешения – это из- мерение малых сигналов. Можно пред- положить, что для сигнала с минималь- ным входным уровнем мы могли бы ис- 30 СТА 1/2016 ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А www.cta.ru Время, с Амплитуда, В 16 бит (идеальный сигнал) 14 бит (идеальный сигнал) 12 бит (идеальный сигнал) Сравнение разрешения дигитайзеров 0 –0,0001 –0,0002 –0,0003 –0,0004 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 4,20e–08 4,40e–08 4,60e–08 4,80e–08 5,00e–08 5,20e–08 5,40e–08 5,60e–08 5,80e–08 Рис. 5. Сравнение ошибки измерения для дигитайзеров с разным разрешением Таблица 1 Зависимость шага квантования от разрешения дигитайзера Разрешение Идеальный динамический диапазон Минимальный инкремент напряжения для сигнала с входным диапазоном ±500 мВ 8 бит 256:1 3920 мкВ 10 бит 1024:1 980 мкВ 12 бит 4096:1 244 мкВ 14 бит 16384:1 61 мкВ 16 бит 65536:1 15 мкВ