Неточное измерение фронта сигнала запуска В системе запуска измеряемый сигнал сравнивается с порогом запуска с помощью компаратора. Синхронизация фронта на выходе компаратора должна производиться очень точно. Для этого используется преобразователь «время-цифровой код» (TDC). Неточность результатов TDC заключается в сдвиге отдельно отображаемых сигналов относительно точки запуска. Случайная составляющая погрешности TDC приводит к изменению данного сдвига при каждом событии запуска, что выражается в джиттере запуска.
Источники систематических погрешностей в трактах измеряемого сигнала Измеряемый сигнал обрабатывается в двух разных трактах – в тракте сбора данных с ЦАП и в тракте запуска (рисунок 1). Оба тракта вносят различные линейные и нелинейные искажения, которые приводят к систематическому несовпадению отображаемого сигнала и заданной точки запуска. В худшем случае система запуска может не реагировать на действительные события запуска, хотя они видны на экране, или система реагирует на события запуска, которые не могут быть верно захвачены и отображены в тракте сбора данных.
Источники шума в трактах измеряемого сигнала Два тракта, к АЦП и к аналоговой системе запуска, содержат усилители с различными источниками шумов. Их влияние приводит к задержкам и колебаниям амплитуды, что проявляется в виде сдвигов положения запуска (джиттер запуска) на экране осциллографа. Джиттер запуска отображается в правой части рисунка 4 в виде ширины и высоты наложенных сигнальных кривых. В левой части рисунка 4 показано, что джиттер запуска проявляется в виде случайных вертикальных и горизонтальных сдвигов относительно идеального положения точки запуска.
Далее описана реализация системы запуска выполненной в цифровом виде. Цифровая система запуска не содержит погрешностей, описанных ранее, и, таким образом, обеспечивает более точный подход к реализации системы запуска осциллографа.
На рисунке 5 приведена упрощенная блок-схема цифрового осциллографа с системой цифрового запуска.
В отличие от аналоговой системы запуска система цифрового запуска работает с отсчетами АЦП напрямую. Измеряемый сигнал не разбивается на два тракта. Таким образом, система цифрового запуска обрабатывает сигнал, идентичный захваченному и отображенному. Недостатки аналоговой системы запуска, описанные ранее, устранены за счет описанной реализации.
Для вычисления точки запуска в системе цифрового запуска используются методы цифровой обработки сигналов. Точные алгоритмы определяют действительные события запуска и измеряют отметки времени с высокой точностью.
Обработка сигнала в реальном масштабе времени для непрерывного наблюдения измеряемого сигнала представляет для цифрового запуска сложную задачу. Работа цифровой системы запуска R&S®RTO базируется на АЦП со скоростью преобразования 10 млрд. отсчетов/с и, таким образом, система должна обеспечивать обработку данных со скоростью 80 Гбит/с (разрядность АЦП – 8 бит).
Так как система цифрового запуска использует те же оцифрованные данные, что и устройство сбора данных, то необходимо отметить, что возможен запуск только по событиям сигнала в пределах диапазона АЦП.
Для выбранного события запуска компаратор, прежде всего, сравнивает измеряемый сигнал с заданным порогом запуска. В простейшем случае, при запуске типа "Edge" (по фронту), событие запуска обнаруживается при пересечении сигналом порога запуска в заданном направлении (нарастающий или спадающий фронт).
В цифровой системе сигнал представлен в виде отсчетов. Теорема Котельникова говорит о том, что частота дискретизации должна быть хотя бы в два раза больше, чем максимальная частота сигнала. Только при выполнении таких условий возможно полное восстановление сигнала.
Рисунки 2 и 3 показывают, что рассмотрения только отсчетов АЦП недостаточно для того, чтобы видеть все детали сигнала. То же самое верно и для цифрового запуска – то, что решение о запуске целиком зависит от отсчетов АЦП, неверно из-за того, что можно пропустить пересечения порога запуска. Таким образом, разрешение по времени увеличено путем повышения дискретизации сигнала с помощью интерполятора до скорости 20 млрд. отсчетов/с (рисунок 6). После интерполятора компаратор сравнивает значения отсчетов с заданным порогом запуска. Если обнаруживается событие запуска, выходной уровень компаратора изменяется.
На рисунке 7 приводится пример, где «слепая» зона в сигнале уменьшается за счет увеличения разрешения с помощью повышения дискретизации в 2 раза. На левом графике отсчеты сигнала не содержат выброс сигнала. Порог запуска за пределами отсчетов АЦП не способен обнаружить выброс. На графике справа частота дискретизации сигнала удвоена с помощью интерполяции. Теперь возможен запуск по выбросу сигнала.
Максимальная частота сигнала в примере составляет 3,5 ГГц. Данный пример показывает, что система цифрового запуска R&S RTO способна надежно обнаруживать даже высокочастотные составляющие при использовании АЦП со скоростью преобразования 10 млрд. отсчетов/с.
