Этот подключаемый модуль стробоскопического осциллографа может значительно расширить полосу отображаемых частот простого 10-мегагерцового осциллографа для повторяющихся сигналов (Рисунок 1). Используя 5-килоомный потенциометр и собственные регулировки осциллографа, скорость развертки можно менять от 1 нс/дел до 50 нс/дел. Для более медленных разверток модуль должен быть просто обойден, и осциллограф должен использоваться «как есть». Добавив плату цифрового запоминающего осциллографа и компьютер, устройство можно превратить в цифровой стробоскопический осциллограф. Несложно реализовать и другие модификации, такие как использование строба в качестве генератора с переменной задержкой. Также легко реализуется режим «синхроскопа» с компонентами внешнего запуска, установленными внутри линии задержки.
 |
|
| Рисунок 1. | В этой стробоскопической приставке для осциллографа выходной сигнал генератора развертки (T) или регулируемое напряжение (X) пересекаются с синхронизированным быстрым пилообразным напряжением на входах компаратора строба, чтобы многократно переключать тандем из ведущей и ведомой схем УВХ, собирая выборки на входе Y для отображения на экране входного сигнала VIN. |
Входной сигнал VIN поступает через помещенный в отдельный корпус амплитудно-фазовый корректор, представляющий собой аттенюатор 4.6 дБ, компенсирующий полюса передаточной функции нулями [1]. По сути, конденсатор емкостью 40 пФ отводит быстрые изменения сигнала в 40-наносекундную линию задержки на кабеле RG58A/U мимо индуктивной ветви Т-образного фильтра. Как было проверено при использовании этой приставки в качестве импульсного рефлектометра, входные сопротивления двух основных портов равны 50 Ом в полосе до 1 ГГц. Частотно-зависимые потери в кабеле задержки достаточно хорошо компенсируются, что подтверждается осциллограммой A на Рисунке 2, на которой показан отклик на скачок входного напряжения, созданный с помощью герконового реле. При использовании обычного аттенюатора 4.6 дБ фронты получаются заваленными (Рисунок 2, осциллограмма B).
 |
|
| Рисунок 2. | На этих осциллограммах выходных сигналов стробоскопической приставки кривая A представляет реакцию на скачок сигнала частотой 3.7 кГц, созданный герконовым реле, кривая B иллюстрирует использование нормального аттенюатора, а кривая C получена для 100-мегагерцовой синусоиды. |
Хотя импульс запуска развертки извлекается индуктивной ветвью из входного сигнала, при необходимости можно подключить внешние запускающие сигналы. Эти сигналы также можно наблюдать, направив их в приставку через линию задержки. Для каждого входного импульса левый по схеме компаратор MAX961 запускает регулируемый формирователь быстрого пилообразного сигнала, включая два транзистора MPSH10 с ограничителями на диодах Шоттки. В это же время 4-вольтовый перепад на его комплементарном выходе быстро включает собственную внутреннюю защелку (вход LE), блокируя дальнейшие изменения выходного сигнала. Этот стробируемый компаратор позволяет коммутируемому источнику тока на транзисторах MPSH81 линейно и непрерывно заряжать конденсатор 82 пФ от –2 В до 2 В. Через 500 нс резистор разряжает конденсатор 1 нФ до 0 В, тем самым восстанавливая работу компаратора и повторно активируя цепь формирования пилообразного напряжения.
На неинвертирующий вход компаратора строба MAX961 подается либо медленно нарастающее напряжение с выхода генератора развертки осциллографа (T), либо устанавливаемое вручную с помощью 250-омного потенциометра постоянное напряжение для режима X-Y. Это напряжение изменяется в том же диапазоне от –2 В до 2 В, который используется для сигнала горизонтального отклонения. Каждый раз, когда быстрый пилообразный сигнал пересекает это напряжение, уровень выходного напряжения компаратора меняется с 2 В на –2 В. Одновременно его комплементарный выход переключается с –2 В на 2 В. Время перехода обоих выходов из одного состояния в другое, согласно данным из технического описания микросхемы, составляет 2.3 нс. Они также симметрично управляют включенными последовательно ведущим и ведомым УВХ (устройство выборки и хранения) на диодных мостах, которые последовательно выбирают прошедший через кабель задержки входной сигнал VIN.
Фактическое событие выборки происходит при переходе от слежения к удержанию. На это уходит нескольких сотен пикосекунд, в течение которых сопротивление ведущего моста на диодах Шоттки переключается с низкого на высокое. Это переключение происходит в пределах небольшой средней части приложенной 8-вольтовой ступеньки.
Следовательно, время его переключения должно составлять лишь небольшую часть времени переключения компаратора строба. Защелкой компаратора строба управляет RC-цепь задержки. Пока ведомое УВХ находится в режиме слежения, эта защелка в течение 650 нс блокирует ведущее УВХ в состоянии удержания.
В течение этого периода 650 нс ведущий биполярно-полевой усилитель (половина микросхемы TL082) может буферизовать выборку импульса на собственной входной емкости порядка 15 пФ. Это напряжение является уменьшенной копией выбранного напряжения, поступающего на емкостной делитель 1 мкФ/15 пФ. Параллельно емкостному делителю подключен резистивный делитель 15 МОм/1 МОм, который вместе с емкостным делителем образует законченный широкополосный частотно-корректированный аттенюатор. Поэтому ведущий мост оказывается нагруженным лишь на небольшую входную емкость около 1 пФ. Поскольку сопротивление включенного моста составляет порядка 100 Ом, постоянная времени RC-цепи равна примерно 100 пс.
Постоянно буферизуя запоминающий конденсатор 1 нФ, биполярно-полевой усилитель ведомого УВХ (вторая половина микросхемы TL082) формирует ступенчатое низкочастотное представление входного сигнала VIN. Для режима осциллографа это происходит на низкой промежуточной частоте, а для режима X-Y – на нулевой. Коммутационные помехи устраняются с помощью регулируемого фильтра нижних частот (ФНЧ). Усредняя выходной сигнал по любому желаемому количеству входных импульсов, это устройство значительно снижает уровень шума.
Полоса пропускания этой стробоскопической приставки превышает 1 ГГц. Время ее установления составляет примерно 300 пс, что вместе с временем нарастания сигнала в герконовом реле порядка 250 пс дает измеренную на экране длительность переходного процесса 400 пс (еще раз возвращаемся к осциллограмме A на Рисунке 2). Осциллограмма C иллюстрируют калибровку временной шкалы и линейность вертикальной шкалы на примере 100-мегагерцовой синусоиды с постоянной составляющей. Для этого высокочастотного измерения использовался делитель частоты, включенный перед компаратором запуска и выборки [2]. Для отображения более высоких частот с помощью этой приставки делителю должен предшествовать прескалер, такой, например, как схема на элементах эмиттерно связанной логики, описанная в [3].
Дополнительные эксперименты подтвердили, что количество синхронизированных каналов можно довольно легко увеличить, используя стробируемый компаратор в качестве разветвителя, управляющего двумя или более аналогичными компараторами. Через отдельные линии задержки каждый из этих компараторов управляет отдельными УВХ для выборки нескольких входных сигналов.
Ссылки
- G. Amsel, R. Bosshard, R. Rausch, and C. Zajde, "Time Domain Compensation Of Cable Induced Distortions Using Passive Filters For The Transmission Of Fast Pulses," Review of Scientific Instruments, Vol. 42, No. 8, p. 1237-1246, August 1971.
- H. Houtman, "Counter Circuit Improves Oscilloscope Triggering," Electronic Design, Vol. 48, No. 15, p. 126, July 2000.
- F.I. Hufft, "Build This 1.6-GHz Counter Prescaler," Radio-Electronics, Vol. 61, 10, p. 47-54, October 1990.
Купить TL082 на РадиоЛоцман.Цены
