ЖУРНАЛ «СТА» №2/2016

Заключение Входные цепи модульного дигитайзе- ра должны обеспечивать все необходи- мые возможности для получения точ- ных и повторяемых измерений. Множе- ственный выбор входных диапазонов, входные цепи для AC- и DC-сигналов, фильтрация и встроенная калибровка – все эти функции помогают обеспечить максимальную целостность сигнала и точность преобразования. Хорошо раз- работанный согласованный вход диги- тайзера позволяет пользователю кор- ректно нормализовать входной сигнал, максимально приводя его в соответ- ствие диапазону преобразования АЦП и при этом исключая перегрузку. Только в данном случае дигитайзер может обес- печить наилучшую точность измерения. И СПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОБНИКОВ И ДАТЧИКОВ С МОДУЛЬНЫМИ ДИГИТАЙЗЕРАМИ Входные пробники применяются для преобразования уровней входного сиг- нала, изменения импедансных уровней. Они также обеспечивают более удобные методы подключения. Преобразователи или датчики преобразуют физические величины в соответствующие им элек- трические сигналы. Далее приведены примеры для токовых датчиков, акселе- рометров и фотоумножителей. Все типы этих входных устройств поддерживаются дигитайзерами Spectrum. Следующий раздел статьи посвящён применениям пробников и датчиков с дигитайзерами Spectrum. Пробники Большинство пассивных осциллогра- фических пробников совместимо с вхо- дами вашего дигитайзера. Но обязатель- но необходимо знать, как пробники влияют на исследуемую схему и как не- обходимо масштабировать полученные данные с учётом применения пробника. Первая часть указаний по применению будет относиться к пробникам, их рабо- те и к тому, как они влияют на результа- ты измерений. Прямое соединение Сначала рассмотрим, что произойдёт, если вы подключите вход дигитайзера с сопротивлением 1 МОм с помощью коаксиального кабеля к точке измере- ния, как показано на рис. 18. Ёмкость входа дигитайзера порядка 35 пФ. При этом ёмкость коаксиально- го кабеля будет в диапазоне 10–30 пФ на фут. Это означает, что общая ёмкость всей схемы составит около 95 пФ. Рассчитаем реактивную ёмкость ( Xc ) для значения 95 пФ на частоте 10 МГц: Xc = 1/(2 π f C). При частоте 10 МГц и 95 пФ общей ёмкости получаем величину ёмкостного сопротивления 168 Ом, которое может значительно ослабить величину изме- ряемого сигнала. Таким образом, при применении простого экранированно- го кабеля для подключения дигитайзера к устройству получаем неприятный эф- фект влияния на схему ёмкости кабеля. Высокоомные пассивные пробники Пассивный пробник с высоким вход- ным импедансом использует ёмкостно- компенсированный делитель напряже- ния с коэффициентом деления ампли- туды, обычно равным 10:1. Как показа- но на рис. 19, результат применения та- кого компенсирующего делителя – это входная ёмкость минимум 10 пФ и уве- личение нагрузочного сопротивления пробника приблизительно в 10 раз. Входную ёмкость можно ещё снизить, если увеличить коэффициент деления пробника, но это приведёт к уменьше- ниюполезного сигнала на входе дигитай- зера и создаст дополнительные трудности при измерении сигналов малых уровней. На практике коэффициент деления атте- нюатора 10:1 обычно обеспечивает хоро- ший компромисс между амплитудой сиг- нала и сопротивлением нагрузки. Полоса пропускания этого типа про- бников может быть до 500 МГц. Однако на высоких частотах даже такое доста- точно небольшое значение ёмкости зон- да может оказаться чрезмерным. На ча- стоте 500 МГц ёмкость пробника 10 пФ представляет собой сопротивление при- близительно 32 Ом, которое сильно ослабит сигнал и будет влиять на изме- ряемую цепь во всех схемах, кроме са- мых низкоимпедансных. На низких ча- стотах этих проблем меньше. Пробник также ослабляет уровень входного напряжения в 10 раз, и это на- до соответственно учитывать при ана- лизе измеренных дигитайзером значе- ний. В следующем разделе статьи мы обсудим эти моменты. Линии передачи низкоёмкостных пробников Измерения высокочастотных сигна- лов требуют применения пробников с очень низкой ёмкостью. Входная ёмкость пробника может быть значительно снижена, если рас- сматривать коаксиальный кабель как часть линии передачи сигнала. Если вход дигитайзера имеет терминирующее сопротивление 50 Ом, то сопротивление пробника в конце кабеля тоже является постоянной величиной 50 Ом, незави- симо от частоты. Этот очень низкий импеданс нагрузки может быть повышен с помощью дели- теля напряжения: подключённый после- довательно резистор 450 Ом будет делить амплитуду в десять раз, и в результате по- лучим относительно постоянное сопро- тивление нагрузки 500 Ом. Пробник ли- нии передачи (Transmission Line Probe) с малой ёмкостью, показанный на рис. 20, использует линию передачи с термини- рованным окончанием. Входная ёмкость линии передачи пробника, такой как рассматриваемая, довольно низкая, обычно составляет доли пФ. Ограничивающим фактором в применении этого пробника является его низкое входное сопротивление. Для пробника с коэффициентом деления 10:1 входное сопротивление составляет только 500 Ом и может достаточно силь- но нагружать цепи. Подобные пробники находят применение в высокочастотных проектах, где схемы обычно работают на общее сопротивление 50 Ом, включаю- щее в себя суммарный импеданс всех компонентов схемы, находящихся меж- ду источником входного сигнала и диги- тайзером. 12 СТА 2/2016 ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А www.cta.ru Прямое соединение Вход пробника Дигитайзер R о = 1 МОм С о = 35 пФ Пассивный пробник с высоким импедансом Вход пробника R вх C вх C комп Дигитайзер R о = 1 МОм С о = 35 пФ Линия передачи пробника Вход пробника R вх Дигитайзер R о = 50 Ом Рис. 18. Упрощённая схема прямого соединения с использованием коаксиального кабеля Рис. 19. Упрощённая схема высокоимпедансного пассивного пробника с коэффициентом деления 10:1 Рис. 20. Упрощённая схема линии передачи пробника, подключённого к аналоговому каналу дигитайзера с терминирующим сопротивлением 50 Ом