Самые первые осциллографы были аналоговыми, в которых для отображения сигнала использовались электронно-лучевые трубки. Фотолюминесцентный люминофор, которым был покрыт экран аналоговых осциллографов, светится при попадании на него электрона, и по мере того как загорается каждый последующий участок люминофора, вы можете видеть изображение формы сигнала.
Система синхронизации (запуска) осциллографа необходима для того, чтобы изображение сигнала на экране выглядело стабильным. По окончании вывода на экран всей осциллограммы осциллограф ждет наступления следующего определенного события запуска (например, пересечения нарастающим фронтом входного сигнала заданного значения напряжения), а затем запускает развертку снова.
Несинхронизированный по определенному признаку запуск развертки бесполезен, потому что изображение сигнала на экране будет нестабильным (это верно также и для цифровых запоминающих осциллографов (Digital Storage Oscilloscope, DSO) и осциллографов смешанных сигналов (Mixed Signal Oscilloscope. MSO), о которых будет рассказано ниже).
Аналоговые осциллографы полезны, в первую очередь, потому, что свечение люминофора исчезает не мгновенно. Вы можете наблюдать несколько осциллограмм, которые накладываются друг на друга, что позволяет отслеживать глитчи и другие аномалии сигнала.
Поскольку отображение сигнала происходит, когда электрон сталкивается с экраном, яркость отображаемой осциллограммы непосредственно связана с интенсивностью реального сигнала. Это позволяет рассматривать осциллограмму как трехмерный график (то есть, ось X - время, ось Y - напряжение, ось Z - интенсивность).
Недостаток аналоговых осциллографов состоит в том, что они не позволяют зафиксировать изображение на экране и хранить осциллограмму в течение длительного периода времени для подробного анализа. Поскольку вещество люминофора быстро гаснет, часть сигнала может теряться.
Кроме того, вы не можете выполнять автоматические измерения параметров сигнала. Вместо этого обычно приходится выполнять измерения с использованием только координатной сетки на дисплее. Кроме того, аналоговые осциллографы могут отображать не все типы сигналов, так как существует верхний предел скорости вертикальной и горизонтальной развертки электронного луча.
И хотя аналоговые осциллографы, по-прежнему, до сих пор используются многими инженерами, эти приборы не так часто можно увидеть в продаже. Им на смену пришли более современные цифровые осциллографы.
Цифровые запоминающие осциллографы (DSO)
Цифровые запоминающие осциллографы (DSO) были созданы для того, чтобы можно было компенсировать недостатки, присущие аналоговым приборам. В цифровом осциллографе подаваемый на вход сигнал оцифровывается с помощью аналого- цифрового преобразователя (АЦП). На рисунке 12 показан пример архитектуры одного из цифровых осциллографов компании Keysight Technologies, Inc.
Аттенюатор предназначен для масштабирования сигнала. Усилитель вертикального отклонения обеспечивает дополнительное масштабирование сигнала перед его подачей на АЦП. Аналого-цифровой преобразователь производит выборку и оцифровку входного сигнала. Эти данные затем сохраняются в памяти прибора.
Система синхронизации осуществляет поиск событий запуска, а блок временной развертки определяет длительность интервала времени, отображаемого на экране осциллографа. Микропроцессор выполняет заданную пользователем дополнительную пост-обработку, после чего сигнал, наконец, воспроизводится на экране осциллографа.
Наличие данных в цифровой форме позволяет осциллографу выполнить множество измерений значений различных параметров сигнала. Кроме того, сигналы могут храниться в памяти сколь угодно долго. Данные могут быть распечатаны или переданы на компьютер с помощью флеш- накопителя или диска DVD-RW, а также через интерфейсы связи LAN и USB.
В настоящее время специальное программное обеспечение позволяет управлять осциллографом с внешнего компьютера с использованием виртуальной передней панели.
Осциллографы смешанных сигналов (MSO)
В цифровых осциллографах входной сигнал является аналоговым, и аналого- цифровой преобразователь производит его оцифровку. Вместе с тем, по мере развития технологий цифровой электроники существенно возросла необходимость одновременного наблюдения аналоговых и цифровых сигналов.
В результате производители осциллографов начали выпускать осциллографы смешанных сигналов, которые способны отображать и аналоговые, и цифровые сигналы, и осуществлять запуск прибора по определенным событиям, которые происходят в этих сигналах. Как правило, типовой осциллограф смешанных сигналов содержит два или четыре входных аналоговых и значительно большее количество цифровых входных каналов (рис. 13).
Преимущество осциллографов смешанных сигналов состоит в том, что они позволяют осуществлять запуск этих приборов по комбинации событий в аналоговых и цифровых сигналах, и отображать формы этих сигналов в едином масштабе времени.
