Обзор осциллографа SIGLENT SDS1102CML

Автор: Балыкин Юрий aka ploop

Создано при помощи КотоРед.

    В настоящее время цифровые осциллографы всё больше набирают популярность у радиолюбителей, в основном благодаря тому, что соотношение цена/возможности постоянно падает. Кроме того появляются новые бренды, о которых несколько лет назад и слышно не было (может и было, но в узких профессиональных кругах). А нам, любителям, по сути от осциллографа многого не надо, например не нужны всякие сертификации и включение в госреестр, а так же чёткая калибровка и поверка, зато куда важнее цена, габариты (мало кого устроит гроб на 20кг, если нет своей лаборатории), и удобство эксплуатации при исследовании разного типа сигналов - цифровых и аналоговых. Естественно, по этим параметрам цифровые запоминающие осциллографы сильно превосходят бюджетные аналоговые модели.

Не так давно я стал обладателем одного из их представителей - осциллографа фирмы SIGLENT. Это китайская фирма, занимается разработкой и производством измерительного оборудования, в основном в составе продуктов под другими брендами, но в последнее время они так же стали выпускать приборы и под своим брендом.
Кто хочет узнать подробнее, всегда может нагуглить информацию о этой фирме, мы ведь тут собрались не демагогию разводить, а фотки смотреть, правда?

Приехал он с Гонконга в обычной невзрачной коробке, вставленной в другую, чуть большего размера, поэтому вторая не потеряла нормальный вид. Внутри он был на мягких распорках, и до самого корпуса было достаточно расстояния, чтобы выдержать причуды нашей почты.
 

 

Выглядит он внушительно, хотя сам по себе компактен. Особенно - большой экран, который на бюджетных моделях стали делать не так давно. Это цветной TFT на 7 дюймов, с разрешением 480×234. Такое соотношение сторон позволяет свободно рассматривать сигнал не убирая правое меню, которое часто требуется.
 

Комплектация стандартна: шнур питания, интсрукция, диск с ПО, документы от продавца, два щупа на 100МГц с делителем на 10. Щупы имеют в комплекте три насадки: крючок для цепляния за провод/штырь, а так же две пимпочки для изоляции иголки щупа, одна из которых пригодится для тыкания в ноги DIP-микросхем (не даст щупу съехать с ноги). Так же имеется маленькая пластиковая отвёрточка для настройки щупа, удобно. Ну и цветные колечки, чтобы маркировать щупы.

Характеристики:

А вот какие характеристики имеет прибор:

• Полоса пропускания: 100 МГц
• Каналы: 2+1 (для внешней синхронизации)
• Частота дискретизации в реальном времени: 1 Гвыб/с (один канал); 500 Мвыб/с (два канала)
• Частота дискретизации в эквивалентном режиме: 50 Гвыб/с
• Глубина памяти: 2М
• Вертикальная чувствительность: 2 мВ/дел - 10 В/дел
• Вертикальное разрешение: 8 бит
• Время нарастания: ≤3,5 нс
• Диапазон временной развертки: 2,5 нс/дел - 50 с/дел
• Входной импеданс 1 МОм / 17 пФ

Так как на форуме часто задают вопросы по поводу выбора осциллографа, то проведу небольшой ликбез по этим характеристикам.

Частота дискретизации в реальном времени (Sample rate, Real time sample rate)

Так же очень важная характеристика, но она относится чисто к цифровым осциллографам. Это количество измерений напряжения за единицу времени. Одно измерение обычно называют "выборкой" или "sample" по буржуйски. Затем по этим точкам просто строится график на экране.

1 Гвыб/с означает, что прибор способен измерять напряжение со скоростью 1 миллиард раз в секунду (впечатляет, правда?), то есть при максимальной частоте, которую способен пропустить аналоговый тракт (100МГц) за один период прибор сделает 10 измерений.
У нормальных осциллографов это значение обычно равно или более 10, но у простых осциллографических приставок (или модных китайских карманных приборов) может быть и меньше, например 4. Сами понимаете, если построить график периода по четырём точкам, то вряд ли там получится что-то внятное.

Разумеется, измерения с такой скоростью требуют дорогих схемотехнических решений (скоростные АЦП, память и т.д.), поэтому в бюджетных осциллографах, если используется два канала, дискретизация будет уже не 1 Гвыб/с, а 500 Мвыб/с (делится на два канала). Тут тоже ничего страшного не вижу, ведь ситуация, когда используется одновременно оба канала (да еще на максимальной развёртке) крайне маловероятна.
 

Частота дискретизации в эквивалентном режиме (Equivalent sample rate)

Хитрая фишка современных цифровых осциллографов. Если мы изучаем не одиночный импульс (или временной интервал), а периодический сигнал, это означает, что каждый отдельный период очень похож на другой, они практически идентичны (если и изменяются, то очень медленно в масштабах работы прибора). В случае обычной дискретизации мы делим этот период, например, на 10 равных частей по времени, и измеряем каждый период в одном и том же месте.

А теперь представьте, что каждый следующий замер мы слегка сдвигаем относительно предыдущего (периоды ведь одинаковы), не меняя время между замерами внутри периода. Получится, что мы плавно пройдёмся этой "расчёской" из 10 замеров по всему периоду, получив на порядки более точный результат. Если прикинуть, что мы в реальном времени делаем выборки с такой частотой, то получится такая огромная цифра - 50 Гвыб/с.

Хитрые маркетологи могут указать это число в рекламных описаниях прибора, не стоит на это вестись. Хоть и полезный метод, но он всё-же "синтетический", и нужен как дополнение к функционалу.
 

Время нарастания (Rise time)

Характеристика напрямую связана с полосой пропускания. Это время, в течении которого импульс изменяет свое значение от уровня 0.1 до уровня 0.9 от реального. Обычно для любителей это характеристика справочная, прикинуть, подходит ли осциллограф для ваших целей или нет. Например, вы занимаетесь силовой импульсной техникой, и вам нужно измерять фронты/спады импульсов с точностью до микросекунд, а время нарастания у выбранной вами модели больше - значит в топку её.
 

Глубина памяти (Memory depth)

Ясно из названия, что это память, куда записываются данные перед выводом на экран. Только надо запомнить один момент: память измеряется не в байтах, а в выборках. 2М означает два миллиона выборок, а сколько это будет в байтах - зависит от разрядности АЦП. Да и не нужно оно в байтах, так проще понять, какой длительности сигнал мы можем потом просматривать. Тут у нас АЦП 8-разрядный, так что выборка = байт.

Остальные характеристики не буду расписывать, думаю, они и так понятны. На самом деле их гораздо больше, т.к. производители еще приплетают туда все возможности, предоставляемые прошивкой девайса: варианты синхронизации, математические функции, связь с компьютером и т.д.

Тесты

Думаю самое время включить прибор и проверить его функции.

Загружается не долго, секунд десять, затем видим сетку и луч по центру, как и ожидалось. Цепляю щуп на внутренний калибратор (там меандр 3В 1кГц), и вижу что-то невнятное. Покрутил ручку развёртки, так и не удалось засинхронизироваться нормально, картинка дрожала, хотя развёртку вроде подобрал.

Что делать дальше? Перед использованием нормальные люди обычно читают инструкцию, но мы же не совсем нормальные, так что начинаем дейчтвовать методом научного тыка: кнопка "AUTO" так и просится, чтобы её нажали. Интуиция не подвела - это кнопка автоматической настройки под сигнал на входе. Сначала определяется, на каком канале есть сигнал, подстраивается аттенюатор, подстраивается триггер по фронту сигнала на середину размаха колебаний, настраивается развёртка, и появляется меню сбоку, "что, хозяин, смотреть изволишь: несколько периодов, один период, фронт или спад?"

Кроме этого выводятся на экран данные измерений, такие, как абсолютный размах (Vpp), среднее арифметическое напряжений для всей осциллограммы (Mean), период (Prd) и частота (Freq). Если выбрать в меню фронт, увидим следующее:
 

Развёртка автоматически подгоняется так, чтобы было чётко видно фронт (или спад) импульса. При этом вместо уже ненужных периода и частоты отображается вычисленное умным девайсом время нарастания (Rise). Нам не нужно считать клетки, гонять курсоры, подбирать удобную развёртку, автоматика всё делает за нас.

Получается в 90% случаев можно получить результат, тыкнув всего лишь одну кнопку!

Но не всегда автомат устраивает, иногда хочется всё контролировать вручную. Тут у нас есть богатый выбор способов запуска - область TRIGGER справа. Там кнопка вызова меню, которое предлагает настолько большой выбор вариантов синхронизации, что я, если честно, был удивлён. Перечислю основные из них:

Источник запуска может быть любой из каналов, либо внешний разъём, либо питающая сеть переменного тока (иногда может пригодиться)

• Запуск по фронту. Позволяет выбирать дальше дополнительные опции: по фронту, по спаду, либо одновременно и по фронту и по спаду
• По импульсу, а уже там - по длительности положительного импульса (больше/меньше/равен заданной), то же самое по отрицательному импульсу.
• По скорости нарастания/спада импульса. Тоже куча настроек всего.
• Синхронизация по видеосигналу: по положительному/отрицательному синхроимпульсу; по каждой строке или определённой строке (по номеру), по чётному/нечётному полю.
• Режимы запуска - автоматический (происходит визуализация работы на экране, даже если событие запуска не наступило), ждущий (срабатывает только при наступлении события), и очень классный режим - однократный (после события данные запоминаются и происходит блокировка), который позволяет поймать и рассмотреть единичный импульс (или короткую пачку)

Да, такое разнообразие и не снилось аналоговым осциллографам!

С синхронизацией разобрались. Вот что получилось (меандр с калибратора):
 

Его фронт в увеличенном виде:
 

Синус 12МГц с кварца микроконтроллера:
 

Память.

С памятью немного хуже. У этого прибора есть два вида памяти: короткая и длинная. Чем они отличаются я так официально ни где и не узнал. Но опять же методом своего любимого научного тыка выяснил, что короткой памяти там 2 килосемпла (2048 точек), и работает она на максимальной частоте дискретизации - 1Гвыб/с. Подходит для наблюдения на крайних режимах развёртки, для высокочастотных сигналов. Ну а длинной понятно - 2 мегасемпла, как рекламируют, но максимальная частота дискретизации при переключении на неё - 500Мвыб/с.

Память можно выбрать в меню горизонтальной развёртки.

А вот меандр 1МГц с ноги микроконтроллера:

Страшный, правда? :) Он же, в увеличенном виде:
 

Даже по клеткам видно, что фронт около 10нс, и выброс под вольт. А это он же, но через резистор 330 Ом. Уже нет звона:

И приведу еще для примера захват колебаний LC-контура. Он был сделан в режиме синхронизации SINGLE (есть одноимённая кнопка). После срабатывания триггера, осциллограф пишет до конца памяти и останавливается. Запуситть заново можно нажав RUN/STOP. Очень удобная штука, которой тоже нет в аналоговых осциллографах, но она очень пригодится для отладки цифровых схем. В некоторых случаях даже логический анализатор не поможет, например, отловить звон на линии при передачи пачки импульсов.
 

Прибор имеет еще много полезных функций, например математика (+,-,*,/ между каналами, БПФ), может выводить на экран кучу данных - несколько напряжений (минимум, максимум, среднее, среднеквадратичное и т.д.), всё, что касается времени (периоды, скважности, частоты и т.д.) и задержки.

Настраивается отображение графика как в виде точек (непосредственно выборок), так и в виде отрезков (когда точки соединяются между собой), либо отрезков со сглаживанием. Курсорами удобно точно замерить время либо напряжение. Запись данных на USB-флешку тоже очень удобная вещь, делается просто - одной кнопкой. Кроме кортинок можно настроить сохранение в различные форматы, например такие, которые понимают продвинутые генераторы сигналов, тогда захваченный сигнал можно будет повторить на выходе.

А вот софт я не проверял. Во-первых потому, что это не нужно, т.к. интерфейс осциллографа покрывает все потребности. Во-вторых его не жалуют пользователи, говорят, что глючный, картинка передаётся статичная (да по другому и никак), годится разве что для управления осциллографом вместо его родного интерфейса. Ну и в третьих - я не пользуюсь Windows, а учитывая предыдущие два пункта, ставить её ради такого дела было лень.

Так же добавлю, что за неделю интенсивных издевательств я не нашел ни одного глюка, он ни разу не завис, т.е. прошивка неплохая.

Вердикт

Что тут сказать, осциллограф для радиолюбителя вещь необходимая. А выбрать модель - задача не из лёгких, и поговорка "бери, не корову покупаешь" тут не к месту, т.к. цены как раз в той категории, что и на этих домашних животных. Начитавшись отзывов про всякие глюки и непонятки у разных моделей я был готов к ним, но они не обнаружились. А функционал меня даже удивил. Так что эта модель показала себя с лучшей стороны!

Ах да, чуть не забыл! После покупки не суйте щупы первым делом в розетку, воспользуйтесь специальными приспособлениями!