intTypePromotion=1

Tổng quan về dao động ký số

Chia sẻ: Dương Văn Trường | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:8

0
85
lượt xem
13
download

Tổng quan về dao động ký số

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dao động ký là thiết bị hiển thị hình ảnh đơn giản một tín hiệu điện, nó bao gồm hai loại: tương tự và số. Ở chế độ đơn giản nhất dao động ký vẽ lại một đường nằm ngang, trải từ trái qua phải giữa màn hình, gọi là vết. Tham khảo tài liệu "Tổng quan về dao động ký số" để hiểu hơn về vấn đề này.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về dao động ký số

  1. Tổng quan về Dao động ký số 2.2. Dao động kí  Dao động ký là thiết bị hiển thị hình ảnh đơn giản một tín hiệu điện, nó bao  gồm hai loại: tương tự  và số.  Ở  chế  độ  đơn giản nhất dao động ký vẽ  lại một   đường nằm ngang, trải từ  trái qua phải giữa màn hình, gọi là vết. Một bộ  điều  khiển gọi là điều khiển thời gian cơ bản (timebase) xác lập tốc độ vẽ, có đơn vị là  giây trên độ  chia (Time/Div). Một bộ  điều khiển khác gọi là điều khiển phương  đứng, xác lập thang lệch dọc được định cỡ  là Vôn trên độ  chia (V/Div). Kết quả  vết biểu diễn hiệu điện thế theo thời gian, với sự kiện xảy ra trước nằm bên trái,  sự kiện mới hơn ở bên phải. Nếu tín hiệu vào là tuần hoàn, thì vết gần  ổn định có thể  thu được bằng   việc thiết đặt thời gian cơ bản phù hợp với tần số của tín hiệu vào. Ví dụ, nếu tín   hiệu vào là dạng sine có tần số  50 Hz hay chu kì là 20 ms, thời gian cơ bản phải  được điều chỉnh để  khoảng thời gian giữa các xung quét ngang là 20 ms. Chế  độ  này được gọi là xung quét liên tục. Tuy nhiên, bộ thời gian cơ bản của dao động kí   không hoàn toàn chính xác và tần số của hầu hết các tín hiệu là không hoàn toàn ổn  định. Vì thế vết sẽ bị trôi trên mày hình làm việc đo đạc thêm khó khăn. Để các vết trở nên ổn định hơn, các dao động kí hiện đại có một chức năng  gọi là trigger. Sự  kiện trigger đồng bộ  lại timebase cho tín hiệu vào, ngăn cản sự  trôi ngang của tín hiệu. Trong phương pháp này trigger cho phép hiển thị  chu kỳ  các tín hiệu như  dạng hình sine hay vuông. Các mạch trigger cũng cho phép hiển  thị các tín hiệu không tuần hoàn như là các xung đơn hay các xung không lặp lại. 2.2.1. Hoạt Động Của Dao Động Ký 2.2.1.1. Dao động kí tương tự Hình 2.6 phía dưới biểu diễn sơ  đồ  khối một dao động kí tương tự. Theo  đó, tín hiệu từ đầu dò được đưa vào bộ chia tỉ lệ theo chiều dọc (Vertical System).   Tùy theo tín hiệu là mạnh hay yếu mà nó sẽ  được làm suy giảm hay khuếch đại   một cách thích hợp. Tiếp theo, tín hiệu một phần vào bản làm lệch ngang của ống   1
  2. Tổng quan về Dao động ký số cathode, một phần được đưa đến khối điều khiển trigger để tạo điểm bắt đầu cho  xung quét ngang. Bộ phận trigger được điều chỉnh tốc độ quét ngang cho phù hợp   với tốc độ  biến đổi xung cần đo (điều chỉnh time/div). Nếu mất đồng bộ  trigger   hoặc mức trigger không phù hợp dạng sóng thu được trên màn sẽ không ổn định: bị  trôi theo chiều ngang hoặc hoàn toàn biến mất. Hình 2.6: Sơ đồ khối của dao động kí tương tự Tần số của tín hiệu đo được bằng dao động kí tương tự bị giới hạn bởi ống  phóng cathode. Tại tần số thấp, do có nhiều điện tử đập vào một điểm trong đơn   vị thời gian nên dạng sóng sẽ  sáng hơn. Khi tần số cao lên, vượt quá tốc độ  hiển  thị  của CRT, dạng sóng sẽ  tối, mờ  không nhìn rõ. Chính do giới hạn này mà lại   dao động kí analog cao nhất chỉ đo được tần số cỡ 1 GHz. 2.2.1.2. Dao động kí số Về cơ bản cấu tạo của các dao động ký số cũng giống như các dao động ký   analog.   Tuy   nhiên,   các   dao   động   ký   số   có   thêm   một   hệ   thống   xử   lý   tín   hiệu   (Acquisition System) hình 2.7. 1
  3. Tổng quan về Dao động ký số Khi nối đầu dò của nó với một mạch điện, hệ thống trục dọc sẽ điểu chỉnh   hệ số khuếch đại tín hiệu tương tự như ở dao động ký tương tự. Tiếp theo, tại bộ  chuyển đổi tương tự  số  (ADC) sẽ  thu được các mẫu tín hiệu là các điểm riêng   biệt theo thời gian và hiệu điện thế  của tín hiệu sẽ  được số  hóa. Hệ  thống xung  lấy mẫu trục ngang sẽ xác định tốc độ lấy mẫu và đơn vị đo là số mẫu/giây (S/s). Số các điểm lấy mẫu từ ADC sẽ được lưu trữ  tại bộ nhớ như là các điểm   dạng sóng. Mỗi một điểm mẫu sẽ  tạo ra một điểm dạng sóng. Các điểm dạng  sóng sẽ hợp thành một bản ghi dạng sóng. Số lượng các điểm dạng sóng dùng để  tạo nên một bản ghi dạng sóng được gọi là độ  dài bản ghi. Hệ  thống trigger sẽ  xác định các điểm bắt đầu và kết thúc của bản ghi. Bộ phận hiển thị sẽ nhận các   bản ghi đó từ  bộ nhớ của dao động ký. Tùy thuộc vào khả  năng của dao động ký  mà có thể có thêm phần xử lý các điểm mẫu để nâng cao chất lượng hiển thị. Hình 2.7: Sơ đồ khối của dao động kí số Như  vậy về cơ  bản, một dao động ký số  cũng giống với một dao động ký  analog ta cần điều chỉnh trục dọc, trục ngang, và thiết lập trigger cho mỗi phép đo.   Ngày nay các dao động kí số được sử dụng rộng rãi vì những ưu thế vượt trội của   nó so với dao động kí tương tự như về độ nhạy, độ chính xác, khả năng ghép nối   với các thiết bị khác. 1
  4. Tổng quan về Dao động ký số 2.2.2. Các phương pháp lấy mẫu Dao động ký số thu thập các điểm mẫu như thế nào ?  Với các tín hiệu thay  đổi chậm, một dao động ký số  dễ  dàng thu thập đủ  số  điểm lấy mẫu để  vẽ  lên  một đồ thị chính xác. Tuy nhiên với các tín hiệu thay đổi nhanh (so với tốc độ lấy   mẫu tối đa của dao động ký) dao động ký có thể  sẽ  không lấy đủ  số  mẫu cần  thiết. Dao động kí có hai phương pháp lấy mẫu: + Chế độ lấy mẫu thời gian thực: Nó có thể lấy một vài điểm của tín hiệu  truyền qua  rồi nội suy. (Nội suy là một kĩ thuật xử  lí tín hiệu để  dự  đoán dạng   của đường đồ thị theo một vài dạng cơ bản từ một số ít điểm). + Chế độ lấy mẫu thời gian tương đương:  Nó sẽ xây dựng một đồ  thị  của   dạng sóng theo thời gian, với điều kiện là tín hiệu phải lặp lại. 2.2.2.1. Lấy mẫu thời gian thực và nội suy Các dao động ký sử  dụng lấy mẫu theo thời gian thực như là một phương   pháp lấy mẫu chuẩn. Trong phương pháp này dao động ký thu thập càng nhiều   điểm có thể  được của tín hiệu xuất hiện (hình 2.8) rồi nội suy để  tái tạo lại tín  hiệu. Hình 2.8: Phương pháp lấy mẫu thời gian thực Nội suy tuyến tính đơn giản là nối các điểm mẫu lấy thành các đường   thẳng. Nội suy hình sin là nối các điểm thành các đường cong (hình 2.9). Nội suy   sin là một phương pháp toán học tương tự như phương pháp “oversampling” được  1
  5. Tổng quan về Dao động ký số dùng trong các đầu đĩa CD. (Trong việc xử  lý tín hiệu, oversampling là việc lấy  mẫu tín hiệu với một tần số lấy mẫu cao hơn hai lần băng thông hoặc tần số lớn   nhất của tín hiệu được đã được lấy). Với việc nội suy hình sin, các điểm được   tính toán để lấp đầy thời gian giữa các lần lấy mẫu thực. Sử dụng bộ xử lý, một  tín hiệu được lấy mẫu chỉ  một vài điểm trong mỗi chu kỳ  có thể  được hiển thị  chính xác. Hình 2.9: Phương pháp lấy mẫu thời thực nội suy hình sin và tuyến tính 2.2.2.2. Lấy mẫu thời gian tương đương Một vài dao động ký số  sử  dụng phương pháp lấy mẫu thời gian tương   đương để chụp lại các tín hiệu lặp lại rất nhanh. Chế độ lấy mẫu thời gian tương   đương vẽ một đồ  thị  của tín hiệu lặp lại bởi việc chụp lại một ít thông tin trong  mỗi lần lặp lại của tín hiệu. (hình 2.10). Hình vẽ chỉ ra dạng sóng xây dựng chậm   như  là một chuỗi theo từng điểm tới điểm. Vị  trí điểm lấy mẫu là ngẫu nhiên và   lần lượt từ trái qua phải tren đường dạng sóng tín hiệu. 1
  6. Tổng quan về Dao động ký số Hình 2.10: Phương pháp lấy mẫu thời gian tương đương 2.2.3. Dao động ký số nhớ Các   dao   động   kí   số   được   phân   thành   3   loại:   DSO   (Digital   Storage  Oscilloscope)   DPO   (Digital   Phosphor   Oscilloscope)   và   DSa   (Digital   Samping  Oscilloscope). Nguyên lý hoạt động và đặc điểm của mỗi loại có thể  tham khảo  tại [33], [34]. Ở phần dưới đây ta xét đến DSO là loại dao động kí số thông dụng   và cũng là loại mà chúng tôi sử dụng trong hệ thu phổ mới. Dao động ký số nhớ là loại dao động ký cho phép “bắt” các sự kiện chỉ xảy   ra một lần theo kiểu chụp ảnh (capture). Ngày nay nó  thường được ưa thích  trong   hầu hết các ứng dụng công nghiệp. DSO thay thế phương pháp nhớ không đáng tin  cậy dùng trong dao động ký nhớ  analog, bằng cách sử  dụng bộ  nhớ  dữ  liệu số  được lưu trữ lâu dài mà không bị giảm phẩm chất. Nó cũng cho phép xử lý các tín  hiệu phức tạp bởi các mạch xử lý tín hiệu số tốc độ cao. DSO rất hiệu quả trong   phép đo tín hiệu là các xung có độ lặp lại thấp, hoặc trong các phép đo  nhiều kênh   [29] . 1
  7. Tổng quan về Dao động ký số Trigger Trigger Control Logic Control Logic Detector Detector Analogue Input  Pre Amp ADC Memory DAC  Pre Amp ADC Memory DAC CRT CRT Hình 2.11: Sơ đồ khối của DSO Tín hiệu vào, thay vì đi vào bộ khuếch đại dọc, nó qua bộ chuyển đổi tương  tự số (ADC). Tại đây nó được số hóa và được lưu dữ vào bộ nhớ của một mạch vi  xử  lý. Tập hợp dữ  liệu này sẽ  được xử  lý và gửi ra để  hiển thị   [31]. Các bộ  DSO  đầu tiên dùng một  ống cathode nhưng ngày này thường là các màn hình LCD để  hiển thị. Tập hợp dữ liệu có thể được gửi qua mạng LAN hay WAN để  xử  lý và   lưu trữ. Hình ảnh hiển thị trên màn hình có thể ghi trực tiếp ra giấy thông qua máy   in hay máy vẽ đồ thị mà không cần phải dùng camera dao động ký. Phần mền phân  tích tín hiệu của dao động ký có thể trích các đoạn đồ thị, phổ tần số, các biểu đồ  và các thống kê, lưu ảnh, và một số lớn các thông số có ý nghĩa cho các kĩ sư trong  các lĩnh vực chuyên môn như truyền thông, điện tử và nghiên cứu. Các dao động ký số bị giới hạn bởi hoạt động của các mạch lối vào tương   tự   và   tần  số   lấy  mẫu.   Thông   thường   thì  tần  số   lấy  mẫu  tối   thiểu   là   tốc   độ  Nyquist, bằng hai lần giá trị  tần số cao nhất của tín hiệu quan sát được, để  tránh  sai số lấy mẫu. Bộ  nhớ  số  của dao động ký   cho phép nó có thể  lấy mẫu theo thời gian   tương đương (equivalent­time). Thay vì lấy liên tiếp các mẫu sau sự  kiện trigger   nó chỉ lấy duy nhất một mẫu. Dao động kí loại này có khả năng thay đổi timebase  để chính xác thời gian lấy mẫu từ đó xây dựng lên bức tranh tín hiệu sau nhiều lần   1
  8. Tổng quan về Dao động ký số lặp lại. Điều này đòi hỏi phải có thêm một bộ xung nhịp nữa. Bộ này phải có tần   số cao để dao động ký có tốc độ lấy mẫu cao và biên độ của nhiễu là thấp so với   kiểu truyền thống là dao động ký lấy mẫu thời gian thực (real­time). 1
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2