Skip navigation
All Places > Keysight Blogs > Keysight Russia > Blog > 2016 > July
2016

Keysight Russia

July 2016 Previous month Next month

Это видео расскажет о фундаментальных принципах работы высокочастотных усилителей мощности. Если вы имеете ограниченный опыт в этой области, то данное видео будет для вас полезным. И даже если вы - опытный разработчик, то это видео всё равно будет для вас интересным, так как оно наглядно демонстрирует некоторые теоретические аспекты, на которые вы, возможно, ранее не обращали внимание. Здесь даются ответы на следующие вопросы: Что такое мощность переменного сигнала? Как она генерируется и рассеивается? Какие схемы типичны для данного типа устройств? Что такое нагрузочная линия, и как она может быть использована при разработке усилителя?

1) ADS Example Book: книга пошаговых примеров ADS с фокусом на разработке ВЧ/СВЧ устройств

 

Прекрасно подходит для инженеров, начинающих работать в ADS. Эти материалы содержат пошаговые инструкции по основам работы в ADS c указаниями и скриншотами программы. Не требуется опыта работы в ADS.

По завершении освоения этих примеров вы сможете:

  • Настроить свою собственную электромагнитную (ЭМ) симуляцию
  • Использовать встроенную функцию интерактивной диаграммы Смита для синтеза цепей согласования
  • Работать с 3D-просмотром при создании многослойных структур

Пройдите по шагам примеры разработки усилителя мощности и активного смесителя. Вы также освоите инструменты подстройки и оптимизации характеристик устройства, познакомитесь с библиотеками ADS и научитесь быстро добавлять компоненты в свою разработку.

 

Ниже представлен список пошаговых примеров. Каждый пример независим от других, таким образом будет просто выбрать и использовать пример в соответствии с вашими интересами:

ADS_Example_Book.png

  1. Начало работы в ADS
  2. Подстройка и оптимизация
  3. Симуляция методом Гармонического баланса
  4. Планарная электромагнитная (ЭМ) симуляции в ADS
  5. Разработка ВЧ системы
  6. Разработка СВЧ фильтра на дискретных и микрополосковых элементах
  7. Разработка направленного ответителя на дискретных и и микрополосковых элементах
  8. Разработка делителя мощности на микрополосковой и копланарной линии
  9. Разработка СВЧ усилителя мощности при использовании инструмента создания цепи согласования на основе интерактивной диаграммы Смита Smith Chart Utility
  10. Разработка активного смесителя

Скачайте бесплатную копию книги пошаговых примеров ADS Example Book по ссылке ниже:

https://www.keysight.com/find/eesof-ads-rfmw-examples

 

 

 

2) Учебное пообие по САПР SystemVue: Анализ и проектирование ВЧ и цифровых систем с помощью Keysight SystemVue

SystemVue_book_shade.png

 

Программное обеспечение SystemVue представляет собой специализированную САПР, предназначенную для проектирования электронного оборудования на системном уровне (ESL) и позволяющую инженерам-системотехникам и разработчикам алгоритмов совершенствовать физический уровень (PHY) беспроводных устройств и аэрокосмических/оборонных систем нового поколения. SystemVue предлагает уникальные возможности для разработчиков ВЧ устройств, а также пользователей цифровых сигнальных процессоров и ПЛИС/специализированных ИС, использующих в своих аппаратных платформах и радиочастотные схемы, и цифровую обработку сигналов.Данная книга представляет собой пособие по САПР Keysight SystemVue на русском языке.

Пособие описывает общие принципы и методы системного моделирования с помощью пакета программ SystemVue компании Keysight Technologies, а также содержит ряд прикладных примеров моделирования ВЧ систем и систем со смешанными сигналами.

Скачать пособие можно по ссылке:

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5992-0197RURU.pdf

 

 

 

3) RF and Microwave Circuit Design  и 100 ADS Design Examples

RF_uW_Circuit_Design_book.png

 

Эти 2 книги охватывают различные аспекты разработки ВЧ/СВЧ устройств с точки зрения подхода, использующего САПР Advanced Design System (ADS), включая основные концепции разработки, компоненты, линии передачи, анализ цепей, условия трансфера максимальной мощности сигнала, цепи согласования на сосредоточенных и распределённых компонентах, а также насколько примеров разработки линейных усилителей.Авторы: Ali A. Behagi и Stephen D. Turner

 

ADS на сегодняшний день является самой используемой средой автоматизированногой проектирования ВЧ/СВЧ интегральных схем, модулей и плат, применяемых в каждом смартфоне, планшете, Wi-Fi маршрутизаторе, а также радарах и системах спутниковой связи. Знание фундаментальных основ и владение практическими аспектами разработки устройств в разы увеличит вашу конкурентноспособность на рынке труда.

 

Проекты ADS

 

Вы также можете скачать некторые главы и готовые демо-проекты, описанные в книгах, по ссылке:

https://www.keysight.com/find/eesof-ads-rfmw-workspaces

 

 

 

4) Radio System Engineering: A Tutorial Approach

Авторы: Hector J. De Los Santos, Cristian Sturm, Juan Pontes

Эта книга даёт общее представление о радиосистемах и их частях, фокусируя читателя на аналоговых

компонентах систем и их неидеальности.

Авторы предлагают практический, инновационный подход к проектированию, сочетая дискуссии и пошаговые примеры, созданные в Keysight SystemVue – САПР системного уровня. Благодаря этим реалистичным примерам читатели смогут расширить свой кругозор и приобрести опыт  в проектировании систем приёмопередачи сигналов в приложениях систем связи, а также радиолокационных приложениях.

 

Перечень примеров:

Radio_Systems_Engineering_book.png

  1. Введение в САПР Keysight SystemVue на примере создания базовой модели
    приёмника
  2. Разработка приёмника прямого преобразования
  3. Разработка приёмника на базе гетеродинного преобразователя
  4.  

  5. Разработка передатчика с фазовой манипуляцией. Создание полного канала связи
  6. Раработка FMCW радара (на основе сигнала с постоянной огибающей и частонтой модуляцией сигнала)

 

Получить более подробную информацию и скачать примеры глав можно по ссылке:

https://www.keysight.com/main/editorial.jspx?cc=RU&lc=rus&ckey=2509480&id=2509480&cmpid=46080AMFWD

Ранее мы уже обсуждали как получить больше мощности от источников питания (Щёлкните здесь для просмотра). В этой статье рассматривались схемы последовательного подключения источников питания для получения большего напряжения, а также параллельного подключения для получения большего тока. Схемы сопровождались списком требований и мер предосторожности.


Параллельное подключение нескольких источников питания для увеличения напряжения связано с определенными проблемами, поскольку между источниками всегда будет наблюдаться некоторый дисбаланс напряжений. Поэтому, согласно одной из схем этой статьи, один блок является источником напряжения, а остальные блоки соединены параллельно и работают в режиме стабилизации тока. Для поддержания такого режима работы предел выходного напряжения всех источников питания, работающих в режиме стабилизации тока (СС), должен быть установлен на большее значение, чем в ведущем источнике питания, работающем в режиме стабилизации напряжения (CV). Схема показана на Рисунке 1.

 

Рисунок 1. Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности

 

При сохранении высокого уровня нагрузки параллельно соединенные блоки работают в соответствующих рабочих режимах (в данном случае как минимум 2/3 нагрузки). Но что произойдёт, если вы не сможете поддерживать высокий уровень нагрузки? На самом деле, при таком подходе можно работать и при меньших нагрузках. В этом случае необходимо установить одинаковый уровень напряжения на всех блоках. Теперь при полной нагрузке блоки будут работать по той же схеме (см. выше), а блок с самым низким значением напряжения будет работать в режиме стабилизации напряжения. Однако при снятии нагрузки более низковольтные блоки перейдут в нестабилизированный режим работы, а блок с наибольшим напряжением будет сохранять общую выходную мощность в режиме стабилизации напряжения. Эта схема показана на Рисунке 2 для нагрузки от 0 до 1/3.

 

Рисунок 2. Состояния параллельно подключённых источников питания при малой нагрузке

 

В результате наблюдается небольшое ухудшение рабочих характеристик. Переход между предельными значениями наименьшего и наибольшего напряжения влияет на регулирование напряжения. Кроме того, поскольку разным блокам питания приходится переключаться между режимами стабилизации напряжения, стабилизации тока и нестабилизированным режимом работы, значительно страдают характеристики напряжения переходных процессов.


Усовершенствованная версия метода параллельного подключения заключается в создании схемы «ведущий-ведомый» с управляющими сигналами для распределения тока между блоками. В источниках питания Keysight серии N5700A и N8700A реализована схема управления, приведённая на рисунке 3, которая взята из руководства по эксплуатации блока N5700A.

 

Рисунок 3. Параллельное подключение N5700A (используется измерение по 2-проводной схеме)

 

При такой схеме подключения ведущий блок, работающий в режиме стабилизированного напряжения, выдаёт аналоговый выходной сигнал программирования по току ведомому блоку, работающему в режиме стабилизации тока. Таким образом, эти два блока равномерно распределяют ток нагрузки в широком диапазоне.

 

Тем не менее, схема из нескольких блоков, в которой только один блок работает в режиме стабилизации напряжения, не обеспечивает такой же хорошей динамической характеристики, как один источник напряжения большей мощности. В источниках питания производительной системы питания Keysight Advanced Power System (APS) серии N6900A / N7900A реализован уникальный инновационный подход, обеспечивающий безупречную работу параллельно подключенных блоков питания без ухудшения рабочих характеристик. На Рисунке 4 показана схема параллельного подключения блоков Keysight APS серии N6900A / N7900A.

 

Рисунок 4. Параллельное подключение источников питания APS серии N6900A / N7900A

 

В схеме параллельного подключения источников питания APS серии N6900A / N7900A также используется аналоговый управляющий сигнал для приведения в действие механизма распределения тока. При этом в данной схеме отсутствуют ведущее и ведомые устройства. Все блоки работают в режиме стабилизации напряжения при равномерном распределении тока. Это позволяет пользователю легко рассчитать размеры и параметры планируемой системы электропитания без необходимости учитывать возможное ухудшение рабочих характеристик.

Если вам нужно большее напряжение, чем могут выдать ваши источники питания, можно соединить выходы источников последовательно. Если вам нужен больший ток, чем могут выдать ваши источники питания, можно соединить выходы источников параллельно. Однако при этом нужно соблюдать некоторые меры предосторожности.

При последовательном соединении выходов для получения большего напряжения:

  • Никогда не превышайте номинального значения напряжения относительно «земли» для любого из выходов (электрическая прочность изоляции выходных клемм).
  • Никогда не прикладывайте к выходу источника питания обратного напряжения.
  • Соединяйте последовательно только выходы с идентичными номинальными значениями тока и напряжения.

При параллельном соединении выходов для получения большего тока:

  • В большинстве случаев один выход должен работать в режиме стабилизации напряжения (CV), а остальные выходы – в режиме стабилизации тока (CC).
  • В большинстве случаев нагрузка должна потреблять ток, достаточный для поддерживания выхода, стабилизирующего ток, в режиме CC.
  • Соединяйте параллельно только выходы с идентичными номинальными значениями тока и напряжения.

В параллельной и последовательной конфигурациях можно использовать измерительные входы. На рис. 1 показана схема подключения измерительных входов при последовательном соединении выходов, а на рис. 2 – при параллельном соединении.

06031.png

Рис. 1. Последовательное соединение выходов с использованием измерительных входов

06032.png

Рис. 2. Параллельное соединение выходов с использованием измерительных входов

 

Дополнительная информация о последовательном и параллельном соединении выходов источников питания приведена в документе «Десять принципов, которые необходимо знать при работе с источником питания постоянного тока», который можно найти по ссылке http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5990-8888RURU.pdf. Прочтите совет 4 на странице 6. Кроме того, этот документ содержит девять других полезных советов по работе с источниками питания.

В настоящее время LabVIEW является одним из наиболее широко используемых языков для программирования испытательного и измерительного оборудования. На наш форум, посвященный энергетике и электротехнике, часто приходят просьбы рассмотреть больше примеров программирования наших продуктов на языке LabVIEW. Мы также часто получаем запросы на драйверы LabVIEW (которые действительно существуют для многих наших продуктов). В этой связи я решил посвятить этот пост в блоге наглядной демонстрации того, как можно программировать устройства без использования драйвера. У данного подхода есть несколько преимуществ. Первое и главное преимущество заключается в том, что при этом вы получаете доступ к полному набору SCPI-команд прибора. В вашем распоряжении будет весь спектр возможностей этого прибора. Второе преимущество состоит в том, что вам не нужно тратить время на загрузку и настройку драйверов.


Я собираюсь рассмотреть пример с использованием источника питания Keysight серии N6700B, подключенного к локальной сети (LAN). Для связи с прибором мы будем использовать команды VISA в LabVIEW. Первым делом нам нужно будет получить строку инициализации VISA из библиотек ввода/вывода Keysight (или любой другой библиотеки ввода/вывода, которую вы используете). Строка инициализации прибора N6700B показана на приведённом ниже рисунке (из библиотек ввода/вывода Keysight):

 


Получив адрес VISA, запустите LabVIEW и выберите новый виртуальный прибор (VI). Перейдите в Functions Pallette (Палитра функций) -> Instrument IO (Вводы/выводы прибора) -> VISA -> Advanced (Расширенные настройки) и выберите Open (Открыть). Эта функция откроет сеанс связи VISA с вашим прибором. Функция имеет множество настраиваемых параметров, но я, как правило, просто задаю адрес прибора и тайм-аут открытия сеанса VISA (VISA Open):

После открытия сеанса можно отправлять первые команды. Обычно я отправляю: *RST и *IDN? Таким образом я получаю подтверждение статуса идентификации и наличия стабильной связи с прибором. Для того чтобы отправить команду, следует перейти в меню VISA и выбрать Write (Запись). Сюда нужно будет присоединить несколько строк. В LabVIEW вы всегда будете присоединять строки «VISA Resource Name Out» и «error out» по всему тексту своей программы (о чем свидетельствует данный пример). Команда имеет другой формат ввода: она должна быть в виде строковой переменной.

260603.png

При отправке запроса необходимо обеспечить считывание буфера выходных данных. Это выполняется путем выбора операции Read (Чтение) в меню VISA. Для считывания нужно задать число считываемых байтов (я задаю 100 байт, чтобы они ничему не мешали). Кроме того, вам нужен индикатор строки, чтобы можно было считывать и отображать результаты запроса *IDN.

260604.png

Я собираюсь закончить свою программу, установив напряжение питания 4 В, включив выход и измерив напряжение. Во всех этих шагах будут использоваться те же команды считывания и записи, которые мы использовали ранее. Напоследок я воспользуюсь командой VISA Close (Закрыть). Использование команды закрытия отменит распределение ресурсов и освободит прибор. Это правильный приём программирования, о котором часто забывают. После всех операций программа выглядит следующим образом:

260605.png

После запуска готовой программы я получу следующие результаты:

260606.png

Очевидно, что результаты полностью соответствуют ожиданиям, а это значит, что наша программа работает.

 

Этот пример показал, что в LabVIEW простые операции выполняются элементарно. Если вы хотите загрузить этот пример, оставьте свой комментарий, и я выложу его на сервер для скачивания. Как всегда, если у вас есть вопросы, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев.

В институте при изучении основ электроники мы рассматривали все компоненты как идеальные: идеальные резисторы без последовательной индуктивности, идеальные конденсаторы без последовательного сопротивления, идеальные операционные усилители с бесконечным усилением и нулевым смещением. С источниками питания дело обстояло точно так же: постоянное напряжение с нулевым выходным сопротивлением, неограниченный выходной ток и бесконечный коэффициент стабилизации. С такими компонентами ничего не стоит разработать любую электронную систему.

 

Затем мы стали работать инженерами и столкнулись на практике с реальными факторами, такими как температурный коэффициент сопротивления для резисторов, тангенс угла диэлектрических потерь для конденсаторов и фазовые сдвиги в усилителях. Источники питания тоже не избежали всемогущих сил, направленных на разрушение наших идеальных представлений об электронике. Ненулевое выходное сопротивление, ограничение выходного тока и конечный коэффициент стабилизации – все как будто сговорились, чтобы затруднить нам жизнь. Влияние этих и других негативных факторов на характеристики источников питания как раз и обсуждается в этой статье.

 

Идеальный источник напряжения

Идеальный источник напряжения сохраняет выходное напряжение постоянным независимо от нагрузки. Например, если источник выдаёт постоянное напряжение +5 В, оно будет в точности равно 5,0 В и при отсутствии тока, и при токе 1 А, и 10 А, и 500 А и т.п. Кроме того, при изменении тока нагрузки, например, с 5 А до 10 А, выходное напряжение будет оставаться на уровне 5,0 В, без каких-либо провалов (см. рис. 1а).

 

Реальный источник напряжения

К сожалению, в реальной жизни идеальных источников питания не существует. Реальный источник питания пытается поддерживать на выходе постоянное напряжение, используя цепь обратной связи для контроля выходного напряжения. Он сравнивает это напряжение с эталоном и непрерывно осуществляет регулировку в зависимости от полученной разницы. Кроме того, поскольку реальные источники питания должны помещаться в ограниченном пространстве, они имеют ограниченную входную мощность и ограниченную возможность рассеяния неизбежно выделяющегося тепла. В результате реальные источники питания имеют ограничения по выходному току, конечное выходное сопротивление и конечный коэффициент стабилизации. Влияние этих факторов становится заметным при потреблении тока от источника – будь то статический ток или динамический. Например, напряжение 5,0 В на выходе источника с выходным сопротивлением 10 мОм упадет до 4,9 В при подключении статической нагрузки 10 А. С ростом тока выходное напряжение продолжит падать (см. рис. 1б).

 

С динамическими нагрузками неидеальная природа реальных источников питания становится ещё заметней. Взгляните на поведение выходного напряжения вслед за изменением нагрузки, показанное на рис. 1б. Выбросы и провалы напряжения реального источника связаны с его ненулевым выходным сопротивлением, которое зависит от частоты (Zo(f)), и зависимость эта определяется цепью внутренней обратной связи, используемой для стабилизации выходного напряжения.

 

01.png

Выход источника питания – аномальное поведение?

Выбирая источник питания в соответствии со своими потребностями, сначала решите, какие отклонения выходного напряжения для вас приемлемы. Оцените свои потребности для статических и динамических условий. Например, некоторые устройства, такие как сотовые телефоны, имеют встроенный детектор низкого напряжения. Обязательно поинтересуйтесь уровнем срабатывания этого детектора и временем, в течение которого напряжение должно быть ниже этого уровня, чтобы детектор сработал. Выбранный вами источник питания должен поддерживать выходное напряжение при изменении тока нагрузки и, в частности, не должен допускать срабатывания детектора низкого напряжения. Такой параметр, как нестабильность по току нагрузки, говорит о том, насколько хорошо источник поддерживает выходное напряжение при статических изменениях нагрузки. Время отклика на изменение нагрузки расскажет о том, как быстро выходное напряжение вернется в некоторый диапазон вокруг заданного выходного напряжения после изменения тока. Источники питания разного класса имеют, соответственно, и разные характеристики, как показано в приведённой ниже таблице.

Класс прибора
Нестабильность по току нагрузки (влияние нагрузки)Время отклика на изменение нагрузкиДиапазон установления
Базовый16 мВ200 мкс500 мВ
Высокий2 мВ100 мкс75 мВ
Прецизионный0,5 мВ100 мкс75 мВ
Источник питания/измеритель (SMU)0,7 мВ35 мкс10 мВ

Нестабильность при изменении нагрузки и время отклика на изменение нагрузки зависят от класса источника питания.

 

Другие неидеальности, на которые нужно обращать внимание

Кроме зависимости выходного напряжения от статических или динамических изменений нагрузки, реальные источники питания демонстрируют и другие неидеальности. Нестабильность по входному напряжению, выходной шум и взаимовлияние нескольких выходов источника питания – вот лишь несколько примеров таких явлений.

  • Нестабильность по входному напряжению является мерой статической реакции выходного напряжения на изменения входного напряжения. В первую очередь эта характеристика связана с конечным усилением цепи обратной связи, и, отчасти, с нестабильностью внутреннего источника опорного напряжения.
  • Выходной шум выражается обычно значением напряжения двойного размаха или среднеквадратическим значением, и указывается в некоторой полосе, например, от 20 Гц до 20 МГц. Выходной шум имеет несколько источников, включая остаточные пульсации после выпрямителя, внутренние цифровые цепи и даже сами операционные усилители, используемые для стабилизации выходного напряжения.
  • В источниках питания с несколькими выходами взаимовлияние выходов является мерой реакции одного выхода на изменение тока другого выхода (или выходов).

Ясно, что чем меньше эти значения, тем ближе источник питания к “идеальному”. И хотя возникает соблазн отыскать источник питания с минимальными значениями этих характеристик, благоразумнее будет оценить свои реальные потребности и выбрать источник на их основе. Поскольку во многих случаях возможны компромиссы, знание своих потребностей всегда облегчает выбор за счет расширения числа возможных вариантов, по сравнению с поиском наилучшего источника питания по всем показателям.В зависимости от вашей задачи, могут оказаться важными и другие, менее заметные неидеальности поведения:

  • Выбросы при включении и выключении входа переменного (или постоянного) напряжения.
  • Аномалии выходного напряжения при входе или выходе источника питания из режима ограничения тока (выбросы при смене режима).

Производители часто не указывают эти характеристики. Однако выбор производителя с хорошей репутацией поможет избежать проблем, поскольку такие производители обычно предпринимают определённые меры в процессе конструирования, чтобы минимизировать эти эффекты.

 

Заключение

Ясно, что реальные источники питания ведут себя не так, как идеальные. Иногда такое неидеальное поведение может иметь решающее значение для вашего приложения, а иногда – нет. Выбирая источник питания, важно четко определить свои требования, чтобы максимально упростить выбор и избежать лишних затрат. Технические характеристики источника питания описывают неидеальности его поведения, поэтому ищите характеристики, отвечающие вашим требованиям. Кроме того, учитывайте, что имеются и не указанные характеристики, которые тоже могут оказаться важными для вашего приложения. Если вы не нашли характеристики, которые вас интересуют, спросите о них производителя источника питания.

Если вы ищите подходящий источник питания для решения своей задачи, то вы обязательно найдете много полезной информации в этом блоге. Здесь мы стараемся рассказать вам о современных решениях в области источников питания и об их уникальных функциях, которые помогут решить ваши самые сложные задачи при тестировании, а также на практике показываем на что способны источники питания компании Keysight.


На все наши источники питания, как и на все остальные продукты компании Keysight Technologies, распространяется стандартная 3-х летняя гарантия.

Мы стремимся к тому, чтобы все наши источники питания были внесены в Госреестр СИ. Информацию по конкретной модели вы можете уточнить на нашем официальном сайте или у наших специалистов.

 

Всегда будьте в курсе последних новинок в области тестирования электропитания от Keysight Technologies. Оформите подписку на обновления по электронной почте и получайте все статьи прямо в свой почтовый ящик сразу же после публикации в блоге. В верхней правой части страницы вы можете оформить подписку, нажав кнопку Подписки.


Для быстрого знакомства с анализаторами и источниками питания нашей компании, а также другими решениями в данной области, вы можете загрузить руководство по выбору источников питания.

SELGU.PNG

Источники и анализаторы питания. Руководство по выбору


Поскольку источники питания находят очень широкое применение, Keysight предлагает полную линейку источников питания постоянного и переменного тока, отвечающих вашим требованиям к контрольно-измерительному оборудованию. Наш ассортимент представлен множеством приборов – от простых источников питания общего назначения до моделей высшего класса. Кроме того, мы выпускаем специализированные источники питания, а также модульные источники, которые предоставляют необходимую гибкость при создании испытательных систем.

 

В какой бы отрасли вы ни работали и чем бы ни занимались, источники питания Keysight предложат вам превосходные характеристики, высокую надежность и не заставят сожалеть о покупке, потому что Keysight умеет делать источники питания. В портфолио компании входит более 300 продуктов, связанных с электропитанием, в частности: бюджетные и производительные источники питания постоянного тока, источники питания переменного тока, лабораторные источники питания, электронные нагрузки и специализированные продукты, такие как анализатор питания постоянного тока, источник-измеритель для средств мобильной связи или симулятор солнечных батарей. Источники питания представлены в различных форм-факторах: модульный, настольный, системный (для монтажа в 19" стойку).


С полным ассортиментом продуктов Keysight в области электропитания вы можете ознакомиться на официальном сайте компании по ссылке http://keysight.com/find/powersupply.

Электронные технологии проникают во все области нашей жизни. Миллионы и миллиарды людей ежедневно пользуются мобильными телефонами, телевизорами, компьютерами и другими электронными устройствами. По мере совершенствования электронных технологий увеличивается быстродействие этого оборудования. Сегодня в большинстве современных устройств используются высокоскоростные цифровые интерфейсы.

 

Инженеры должны иметь возможность правильно проектировать и достоверно тестировать компоненты своих высокоскоростных цифровых устройств. Контрольно-измерительное оборудование, которое используется инженерами в процессе разработки и испытаний, должно быть пригодно для работы в условиях высоких частот и высоких скоростей передачи данных. И осциллограф является примером именно такого рода приборов.

 

Осциллографы — это мощные инструменты, которые доказали свою полезность при проектировании и тестировании электронных устройств. Эти приборы крайне необходимы для оценки состояния системы, с их помощью становится возможным определить, какие из компонентов работают корректно, а какие являются источником ошибок. Кроме того, они помогают узнать, функционирует ли новый компонент так, как было спроектировано. Осциллографы намного более функциональны по сравнению с мультиметрами, потому что они позволяют вам увидеть, как на самом деле выглядят электронные сигналы.

 

Осциллографы используются в самых различных сферах — от автомобильной промышленности до университетских научно-исследовательских лабораторий и оборонной и аэрокосмической отраслей. Специалисты доверяют осциллографам, которые помогают им более эффективно выявлять неполадки устройств и создавать продукты с широкими функциональными возможностями.

 

Что такое осциллограф и для чего он нужен инженерам?

Основным назначением осциллографа является точное визуальное представление сигналов. По этой причине целостность сигнала является очень важной характеристикой. Понятие целостности сигнала относится к способности осциллографа воспроизводить форму сигнала так, чтобы он максимально точно отображал исходный сигнал. Осциллограф с низкой целостностью сигнала бесполезен, потому что бессмысленно выполнять измерения, если осциллограмма на экране осциллографа отличается по форме и характеристикам от реального сигнала. При этом, однако, важно помнить, что осциллограмма на экране прибора никогда не будет точным представлением реального сигнала вне зависимости от того, насколько хорош осциллограф. Это происходит потому, что при подключении осциллографа к схеме, сам осциллограф становится частью этой схемы. Другими словами, имеет место некоторое влияние нагрузки. Производители приборов стремятся свести к минимуму воздействие нагрузки, но оно, в той или иной степени, существует всегда.

Как выглядит осциллограф

 

В большинстве случаев современные цифровые осциллографы похожи на осциллограф, показанный на рисунке 1. Вместе с тем, на рынке представлены самые различные модели осциллографов, поэтому ваш прибор может выглядеть совсем иначе. Несмотря на это, есть некоторые характерные признаки, свойственные большей части такого рода приборов.

 

Передняя панель большинства осциллографов может быть разделена на несколько основных частей: входы каналов, дисплей, органы управления системой горизонтального отклонения, органы управления системой вертикального отклонения и органы управления системой синхронизации (запуска). Если ваш осциллограф работает под управлением операционной системы, отличной от Microsoft Windows, то он, скорее всего, будет иметь набор функциональных клавиш для управления меню на экране.

 

Capture1.JPG

Рис. 1. Передняя панель осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X

 

Сигналы подаются на осциллограф через входы каналов, которые являются разъемами для подключения пробников. Дисплей — это просто экран, на котором отображаются исследуемые сигналы. Блоки органов управления системами горизонтального и вертикального отклонения содержат регуляторы и клавиши, с помощью которых осуществляется настройка параметров горизонтальной (которая обычно представляет собой ось времени) и вертикальной (которая представляет напряжение) оси при отображении сигналов на экране дисплея. Органы управления системой запуска указывают осциллографу, при каких условиях он должен начинать захватывать данные.

 

Пример того, как выглядит задняя панель осциллографа, показан на рисунке 2. Как можно заметить, многие осциллографы имеют такие же возможности подключения, как и персональные компьютеры. Здесь и приводы CD-ROM, CD-RW и DVD-RW, и USB порты, и последовательные порты, а также разъемы для подключения внешнего монитора, мыши и клавиатуры.

 

Capture2.JPG

Рис. 2. Задняя панель осциллографа Keysight серии Infiniium 9000

 

Назначение осциллографов

Осциллограф — это контрольно-измерительный прибор, который используется для отображения графика зависимости одной переменной от другой. Например, можно построить на дисплее график зависимости напряжения (ось Y) от времени (ось X). На рисунке 3 показан пример такого графика. Это может быть полезным, если вы хотите проверить какой-либо электронный компонент и определить, насколько корректно он функционирует. Если вы знаете, какая форма сигнала должна быть на выходе данного компонента, вы можете использовать осциллограф, чтобы удостовериться, что компонент на самом деле выдает правильный сигнал. Обратите внимание, что оси X и Y разбиты на деления и образуют сетку. Сетка позволяет проводить визуальные измерения параметров сигнала, хотя при использовании современных осциллографов большинство из этих измерений могут быть сделаны автоматически и более точно самим осциллографом.

 

3.jpg

Рис. 3. Изображение зависимости напряжения прямоугольного сигнала от времени на экране осциллографа

 

Возможности осциллографа не ограничиваются только построением графика зависимости напряжения от времени. Осциллограф имеет несколько входов, называемых каналами, и каждый из них способен работать независимо. Поэтому вы можете подключить канал 1 к одному устройству, а канал 2 — к другому. В этом случае осциллограф позволяет построить график зависимости напряжения, измеренного на канале 1, от напряжения, измеряемого на  канале 2. Такой режим называется режимом XY осциллографа. Этот режим полезен для графического представления вольт-амперных характеристик или построения фигур Лиссажу, по форме которых можно судить о разности фаз и отношении частот двух сигналов. На рисунке 4 показаны примеры фигур Лиссажу и значения разности фаз и отношения частот, которым они соответствуют.

 

Capture4.JPG

Рис. 4. Фигуры Лиссажу

 

Типы осциллографов

Аналоговые осциллографы

Первые осциллографы были аналоговыми, в которых для отображения сигнала использовались электронно-лучевые трубки. Фотолюминесцентный люминофор, которым покрыт экран, светится при попадании на него электрона, и по мере того как загорается каждый последующий участок люминофора, вы можете видеть изображение 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 сигнала заданного значения напряжения), а затем запускает развертку снова. Несинхронизированный запуск развертки бесполезен, потому что изображение сигнала на экране будет нестабильным (это верно также и для цифровых запоминающих осциллографов DSO и осциллографов смешанных сигналов MSO, о которых будет рассказано ниже).

 

capture5.JPG

Рис. 5. Пример аналогового осциллографа

 

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. 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 сетки на дисплее. Аналоговые осциллографы могут отображать не все типы сигналов, так как существует верхний предел скорости вертикальной и горизонтальной развертки электронного луча. И хотя аналоговые осциллографы до сих пор используются многими инженерами, их не часто можно увидеть в продаже. Им на смену пришли более современные цифровые осциллографы.

 

Цифровые запоминающие осциллографы (DSO - digital storage oscilloscopes)

Цифровые запоминающие осциллографы (DSO или ЦЗО) были созданы для того, чтобы можно было компенсировать недостатки, присущие аналоговым осциллографам. В цифровом осциллографе подаваемый на вход сигнал оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). На рисунке 6 показан пример архитектуры одного из цифровых осциллографов компании Keysight Technologies, Inc.

 

5.JPG

Рис. 6. Архитектура цифрового осциллографа

 

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 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 LAN и USB. В настоящее время программное обеспечение позволяет управлять осциллографом с 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 по ним. Как правило, типовой осциллограф смешанных сигналов содержит два или четыре аналоговых и большее количество цифровых каналов (рис. 7).

 

7.JPG

Рис. 7. Входные разъемы на передней панели осциллографа смешанных сигналов: четыре аналоговых канала и восемь или шестнадцать цифровых каналов

 

Преимущество осциллографов смешанных сигналов состоит в том, что они позволяют осуществлять запуск по комбинации аналоговых и цифровых сигналов и отображать их в едином масштабе времени.

 

Органы управления на передней панели

Как правило, для управления осциллографом используются регуляторы и клавиши на передней панели. В дополнение к органам управления на передней панели многие современные высокопроизводительные осциллографы теперь оснащаются операционными системами, в результате чего они ведут себя как компьютеры. Вы можете подключить к осциллографу мышь и клавиатуру и использовать их для настройки органов управления с помощью выпадающих меню и кнопок на дисплее. Кроме того, некоторые осциллографы имеют сенсорные экраны, поэтому для доступа к меню вы можете использовать стилус или прикосновение пальцами.

 

Перед началом измерений…

Когда вы приступаете к работе с осциллографом, прежде всего проверьте, что используемый входной канал включен. Для установки осциллографа в исходное состояние по умолчанию нажмите клавишу [Default Setup] (Настройки по умолчанию), если она есть. Затем, при ее наличии, нажмите клавишу [Autoscale] (Автоматическое масштабирование). Это позволяет автоматически настроить вертикальный и горизонтальный масштаб, так, чтобы сигнал отображался на дисплее наилучшим образом. Эти настройки могут рассматриваться в качестве отправной точки, и в них затем можно вносить необходимые изменения. Если сигнал вдруг будет потерян, или возникнут проблемы с отображением сигнала, рекомендуется повторить эти шаги. Передние панели большинства осциллографов включают, по крайней мере, четыре основных блока: органы управления системами вертикального и горизонтального отклонения, органы управления системой запуска и органы управления входными каналами.

 

Органы управления системой вертикального отклонения

Органы управления системой вертикального отклонения осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Vertical». Эти элементы позволяют настраивать параметры отображения сигнала по вертикальной оси дисплея. Так, например, среди них есть регуляторы, с помощью которых задается число вольт на деление (коэффициент отклонения) по оси Y сетки экрана. Вы можете растягивать осциллограмму по вертикали, уменьшая значение коэффициента отклонения, или, наоборот, сжимать ее, увеличивая эту величину. Кроме того, в блок «Vertical» входят органы управления положением (смещением) сигнала по вертикали. Эти регуляторы позволяют просто перемещать всю осциллограмму вверх или вниз по дисплею. На рисунке 7 показан блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.

 

8.JPG

Рис. 8. Блок органов управления системой вертикального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 X

 

Органы управления системой горизонтального отклонения

Органы управления системой горизонтального отклонения на передней панели осциллографа обычно объединяются в блок, который обозначен как «Horizontal». Эти органы управления обеспечивают настройку горизонтального масштаба осциллограммы. Один из элементов этого блока позволяет задавать масштаб по оси X — число секунд на деление (или коэффициент развертки). Уменьшая величину коэффициента развертки, вы можете уменьшить интервал времени, отображаемый на экране. Еще один регулятор этого блока предназначен для управления положением (смещением) осциллограммы по горизонтали. Он позволяет перемещать осциллограмму по экрану слева направо и наоборот точно в нужное положение. На рисунке 9 показан блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа Keysight серии InfiniiVision 2000 Х.

 

9.JPG

Рис. 9. Блок органов управления системой горизонтального отклонения осциллографа  Keysight серии InfiniiVision 2000 X

 

Продолжение следует...

Добро пожаловать в раздел блога Keysight Russia об осциллографических измерениях! Для инженеров, которые проводят измерения на осциллографах, мы предоставляем огромное количество информации об основных характеристиках современных осциллографов - как цифровых, так и осциллографов смешанных сигналов. Также мы покажем, как использовать эти приборы для основных и дополнительных измерений и для многих приложений современных наукоёмких отраслей. Вы узнаете, как различные характеристики осциллографа влияют на результаты измерений, и что делать, чтобы обеспечить более точные и адекватные измерения.

 

Как и вы, мы работаем на будущее

 

Компания Keysight – лидер по применению инновационных решений в осциллографах.  Мы гордимся, что первыми выпустили осциллограф смешанных сигналов. Наши осциллографы семейства Infiniium обладают памятью максимальной глубины и минимальным уровнем собственных шумов. Осциллографы с емкостным сенсорным экраном с функцией «запуска касанием» InfiniiScan – единственные осциллографы, которыми можно управлять, коснувшись пальцем осциллограммы на экране. Инновационный подход распространяется на пробники и принадлежности для наших осциллографов. В частности, мы разработали уникальный пробник для работы с шинами питания постоянного тока.

 

Наши осциллографы не просто выполняют измерения, они решают ваши задачи

 

Наличие превосходных приборов – это только первый шаг. Мы предлагаем широчайший спектр измерительных приложений, намного более широкий, чем у любого другого производителя осциллографов. Приборы компании Keysight помогут вам быстрее получать точные ответы при измерении сигналов низкоскоростных последовательных шин, анализе высокоскоростных протоколов или проверке на соответствие требованиям стандартов.

 

Capture.PNG

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Соединители типа K

Я заинтересовался высокочастотными соединителями, чтобы понять некоторые вещи, которые услышал во время беседы с другом. Когда речь зашла о 2,92 мм (тип K), он сказал: «У меня их два, и оба сломаны».

Я не стал вникать в подробности, но мне приходилось слышать, что соединители 2,92 мм не так надёжны, как их собратья 2,4 или 3,5 мм. Один источник в интернете упоминал более тонкую внешнюю оболочку для проводника, а другой заявлял о потенциальной возможности повреждения центрального контакта.


С другой стороны, соединители типа K обладают явными преимуществами в СВЧ и миллиметровом диапазоне. Они работают на частотах до 40 ГГц и выше и не имеют паразитных мод примерно до частоты 45 ГГц. Кроме того, они могут сочленяться с соединителями 3,5 мм и SMA.

Во избежание повреждений вилка 2,92 мм имеет более короткий центральный контакт. Это гарантирует, что корпус начнёт сочленение раньше центрального контакта. Внешняя оболочка имеет большую толщину и должна быть сравнительно прочной.


Ситуация прояснилась, когда я внимательно рассмотрел два повреждённых соединителя 2,92 мм. Это помогло мне понять габаритные требования к соединителям, работающим на частотах более 40 ГГц и способным сочленяться с соединителями 3,5 мм и SMA.

Повреждение гильзы или гнездового центрального контакта двух соединителей типа K сделало их непригодными. Лепестки щелевой гильзы изогнуты или отломаны, вероятно из-за попытки сочленения с несовместимой вилкой SMA.

Соединители 2,92 мм не должны повреждаться при сочленении с ответными соединителями 2,92 мм, но сочленение с соединителями SMA (что является одним из преимуществ этого семейства) вполне может оказаться разрушительным.

Прежде чем перейти к пояснениям, давайте сформулируем простое правило для определения максимальной частоты сигнала, который можно передать по коаксиальному кабелю: разделите 120 ГГц на внутренний диаметр экранирующего проводника D (в мм). Диаметр центрального проводника d ограничен отношением D/d, определяющим волновое сопротивление. При фиксированном значении d сравнительно большой центральный контакт соединителя типа K требует применения очень тонкого щелевого гнездового контакта в ответном соединителе.

При сопряжении такого тонкого контакта с соединителем SMA, который обладает большими допусками и с большой вероятностью может иметь плохо отцентрованный или выступающий вперед центральный контакт, возникает большой риск повреждения соединителя, который в прочих ситуациях вполне надёжен и обладает хорошими характеристиками при сочленении с соединителем соответствующего типа.

Логично предположить, что соединитель 3,5 мм с большим d и более толстыми и прочными контактами вряд ли пострадает от подключения к соединителю SMA.

Видимо, в этом всё дело, хотя усилия сочленения и шансы повышенного износа в этом случае могут быть выше.

Я это понял не сразу. Во-первых, некоторые источники в интернете совершенно неправы, утверждая, например, что соединители 2,92 мм имеют тонкие внешние стенки (что часто справедливо для SMA), и что у них отсутствуют исполнения метрологического класса.

 


Теперь я могу более справедливо отнестись к соединителям типа K. Они работают очень хорошо, надёжны и способны сочленяться с соединителями другого типа. Конечно, при подключении их к соединителям типа SMA нужно соблюдать осторожность, что, впрочем, не помешает и при подключении к соединителям 3,5 мм.
Соединители SMA тоже могут повредиться при сочленении с соединителями 2,4 и 1,85 мм. Поэтому необходимо с большой осторожностью относиться к сочленению дорогостоящих деталей измерительного стенда. Это очень важно, если вы хотите получить те параметры, за которые заплатили.

Бен Зарлинго

Как избежать повреждения СВЧ соединителя

Некоторые неприятности подстерегают нас в самых неожиданных местах, несмотря на разнообразные меры безопасности. Одним из примеров являются механические повреждения соединителей высокочастотных кабелей и переходников, особенно при использовании разъёмов SMA и прецизионных соединителей 3,5 мм в измерительных схемах, где также используются соединители 2,4 мм и 1,85 мм. И как всегда, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать:

 

Изображение переходника с 3,5 мм на 2,4 мм вверху в центре отлично всё поясняет. Обратите внимание, что резьба с левой и правой стороны переходника имеет разную длину нарезки, и шаг резьбы тоже отличается. Это гарантирует, что при использовании несоответствующих соединителей накидная гайка не позволит их соединить. Пока всё хорошо.
Опасность становится более очевидной, если рассмотреть гнёзда (центральные контакты розетки) с обоих сторон переходника, на рисунке они показаны вверху слева и вверху справа. Обратите внимание на разную толщину стенок и диаметр отверстия центральных контактов этих двух соединителей. Если показанный внизу слева центральный контакт соединителя SMA (совместимый с прецизионным соединителем 3,5 мм) вставить в гнездо 2,4 мм, показанное вверху справа, то соединитель 2,4 мм будет повреждён. Также соединительбудет повреждён, если использовать вилку 3,5 мм.
Но ведь накидная гайка не даёт этого сделать. Или даёт?
Меры безопасности, реализованные за счёт разных размеров соединителей и разного шага резьбы (как описано выше) работают лишь в том случае, если накидная гайка вилки не может сдвинуться с разъёма назад в сторону кабеля. Как видно на нижнем правом рисунке, к этому полужёсткому коаксиальному кабелю с разъёмом SMA это не относится. Габариты сочленяемых частей соединителей совместимы, и с небольшим усилием соединитель SMA может завершить свою разрушительную миссию.
К счастью для инженеров, розетки 2,4 мм и 1,85 мм на передней панели приборов обычно не устанавливаются. Вместо этого используются вилки, поэтому повреждаются обычно только переходники и кабели. Сами по себе они достаточно дороги, но обходятся значительно дешевле замены разъёмов передней панели прибора и последующей перекалибровки.
Ход накидной гайки соединителя 3,5 мм практически всегда ограничен, но на дешёвых разъёмах SMA это правило соблюдается не всегда. И, конечно, ограничители (в качестве которых часто используются пружинные кольца) могут сдвинуться почти на любом соединителе.
Таким образом, эта опасность присутствует в любой измерительной схеме, где используются соединители 2,4 мм или 1,85 мм, включая большинство приложений миллиметрового диапазона и некоторые СВЧ приложения.
Вы получите дополнительные шансы предотвратить опасность, если заметите слегка выступающий или изогнутый центральный контакт соединителя SMA, как на нижнем левом рисунке.

 

Высокочастотное оборудование стоит дорого и требует бережного обращения, поэтому даже не очень заметное повреждение соединителя может сказаться на его характеристиках. А с ростом рабочих частот оборудование становится ещё дороже и ещё чувствительнее, так что будьте осторожны!

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Карлики и великаны

Даже если у вас очень хорошее зрение – вот у меня нет – вам будет трудно определить типы многочисленных соединителей, которые можно найти на столе инженера, работающего с СВЧ приборами. Это потому, что частоты очень высоки, а размеры очень малы! Точность и воспроизводимость измерений на этих экстремальных частотах даются нелегко и недёшево, поэтому очень важно правильно выполнить все соединения.

К тому же, если всё делать правильно, то можно избежать затрат и неудобств, связанных с повреждением соединителей. Механическая конструкция соединителей позволяет избежать серьёзных повреждений при сопряжении, но иногда этих мер оказывается недостаточно, и вы рискуете, например, не затянуть гайку.

Совместимость соединителей

Множество возможных вариантов сопряжения можно описать двумя предложениями:

  • Соединители SMA, 3,5 мм и 2,92 мм (“K”) механически совместимы, и их можно сочленять.

  • Соединители 2,4 мм и 1,85 мм совместимы друг с другом, но не с соединителями SMA/3,5 мм/2,92 мм.

Компания Keysight предлагает удобную таблицу совместимости. Вот её фрагмент:

Таблица совместимости соединителей СВЧ и миллиметрового диапазона. Цветом показано, какие типы соединителей можно соединять между собой без механических повреждений.

Исключение механических повреждений очень важно, однако, нельзя упускать из вида и технические характеристики, что не менее актуально для радиоинженера. Нашей целью является оптимизация характеристик там, где это важно, а СВЧ и миллиметровый диапазон требует здесь особого внимания.

Например, сопряжение соединителей разного типа, даже если они механически совместимы, непосредственно влияет на согласование (потери на отражение) и однородность импеданса. Сопряжение соединителей влияет на точность и воспроизводимость измерений амплитуды, примеры чего приведены в мартовском номере журнала MicrowaveJournal за 2007 год в статье Совместимость соединителей SMA, 3,5 мм и 2,92 мм.

Причём соединение соединителей разного типа – это лишь одна из многочисленных проблем, с которыми вы столкнётесь. На первый взгляд кажется, что нет такого места, куда бы можно было без проблем передать сигналы миллиметрового диапазона. Любые соединители, переходники и даже просто кабели в той или иной степени влияют на сигнал, а выявление проблем недостаточно качественных соединений весьма затруднительно.

Даже рекомендованные здесь защитные переходы добавляют влияние ещё одного электрического и механического интерфейса. И как всегда, речь идёт об оптимизации компромиссов, что, впрочем, спасает инженеров от безработицы.

Один из методов избавления от компромиссов, связанных с соединителями, заключается в устранении переходников за счёт применения кабелей, отличных от традиционных кабелей с вилками на обоих концах. Кабели могут заменить защитные переходы и упростить соединения, особенно если вы делаете их не часто.

Тщательно учитывайте также длину и качество кабеля. Хорошие кабели могут дорого стоить, но при этом окажутся самым недорогим способом повышения точности и воспроизводимости измерений.

NMD соединители

И наконец, что вы скажете о тех огромных соединителях, которые применяются в некоторых анализаторах цепей и осциллографах? Для их закручивания применяется 20 мм стандартный или специальный ключ. На некоторых соединителях не видно резьбы, но металла в них всё равно хватает. Вот два примера:

 

Розетка и вилка соединителей NMD – соединителей миллиметрового диапазона повышенной прочности. Большие габариты обеспечивают прочность и стабильность характеристик.

Они спроектированы так, чтобы быть совместимыми с обычными соединителями того же типа, или использоваться в качестве защитных переходов, как правило, переходов розетка-розетка. С этими соединителями выпускаются также удлинители измерительных портов и прочие кабели.Если вы хотите чем-то украсить стену возле своего контрольно-измерительного оборудования, то в компанииKeysight можно получить полезную таблицу усилий затяжки и размеров ключей.

Росс Ван Ворт

Как говорили родители: «Для твоей же пользы!»

Многие инженеры любят хорошие головоломки, и всем нам приходилось встречать устройства или технические решения, заставляющие чесать затылки. Если мы заметили что-то странное, но не видим для этого очевидных объяснений, то у нас, как у собак Павлова, начинает выделяться слюна познания. Мы теряемся в догадках, что же за этим кроется – может, тут несколько объяснений – и начинаем подозревать, что всё это следствие какого-то тяжело доставшегося опыта, за который кому-то пришлось заплатить очень дорогой ценой.

Одну такую маленькую загадку можно найти на передней панели многих СВЧ генераторов и анализаторов. Вместо традиционной розетки – типа N, 3,5 мм, 2,4 мм и т.п. – вы часто встретите здесь вилку с огромным рифлёным фланцем, который позволяет плотно затягивать соединение руками (см. ниже).

 

Хотя типичным соединителем передней панели является розетка, в приборах СВЧ диапазона (от 30 до 300 ГГц) часто используются соединители противоположного типа. Это объясняется тем, что вилка обеспечивает защиту от некоторых серьёзных повреждений.

Поскольку в большинстве кабелей используются вилки, должна существовать хотя бы одна веская причина такого отступления от традиции. И такая причина есть, кратко её можно сформулировать словами «защита соединителя». Ниже показаны два примера и некоторые номера деталей по каталогу.

 

 

Защитные переходы для подключения к вилке 2,4 мм на передней панели
Соединение сНомер детали по каталогу
розеткой 2,4 мм

11900B

розеткой 2,92 мм

11904B

розеткой 3,5 мм

11901B

розеткой типа K

11904B

розеткой SMA

(используйте 3,5 мм 11901B)

розеткой типа N

11903B

«Защитные переходы» – это коаксиальные переходники, включаемые между соединителями передней панели прибора и кабелями или исследуемыми устройствами. В случае повреждения или износа они легко заменяются.

Две другие основные причины описываются словами «расходный» и «сменный». Соединители СВЧ диапазона по определению малы и требуют весьма аккуратного обращения, а замена соединителя на передней панели прибора обходится достаточно дорого. Кроме того, после такой замены, как правило, требуется калибровка, а это может вывести прибор из эксплуатации на целый день, а то и на более длительный срок.

В ситуациях, требующих частых переподключений, имеет смысл держать рабочий переходник, постоянно подключенный к соединителю передней панели прибора. Если такой переходник ломается или изнашивается, его можно легко и без особых затрат заменить. Другими словами, даже самый дорогой  переходник метрологического класса стоит дешевле, чем ремонт и последующая перекалибровка прибора.

А теперь давайте вернёмся к повреждению и износу. Соединители передней панели подвержены нескольким типам повреждений, и применение вилки и защитного перехода защищает их несколькими способами. Во-первых, вилка стимулирует применение защитного перехода. Оператор, не обученный правильному обращению с соединителями, не сможет подключить большинство кабелей (с вилками на обоих концах) прямо к передней панели и поэтому, скорее всего, не сможет случайно повредить соединитель передней панели.

Во-вторых, вилка, как правило, имеет большую механическую прочность по сравнению с розеткой. Самый распространённый тип повреждений – это повреждение гнездового контакта розетки штыревым контактом вилки, который может быть изогнутым или иметь несоответствующий размер. Вилка на передней панели переносит центр разрушений на более дешёвые детали.

Таким образом, такой выбор типа соединителя существенно сокращает число циклов сочленения приборного соединителя. Даже при аккуратном обращении износ и повреждения неизбежны, и лучше перенести влияние этих факторов на расходные детали.

Полезный совет №1. Как определить тип соединителя (вилка или розетка) с различными конструкциями корпуса? Запомните, что тип коаксиального разъёма определяется по его центральному контакту, независимо от наличия и формы накидных гаек, резьбовых деталей или байонетных фиксаторов.

Полезный совет №2. Лыски, проточенные в цилиндрических деталях защитных переходов, предназначены не только для динамометрических ключей. Они позволяют использовать обычные рожковые ключи, чтобы удерживать разъём от поворота во время затяжки гайки. Следует избегать поворотов разъёма, поскольку это приводит к его износу, и особенно это касается чувствительных СВЧ разъёмов.

Полезный совет №3. Некоторые приборы используют специальные адаптеры, которые могут выступать в роли защитного перехода. Эти специальные адаптеры являются сменной частью приборного соединителя передней панели и могут иметь разные типы ответной части с внешней стороны. Такой подход может физически укорачивать соединение и до некоторой степени повышает механическую прочность благодаря компактной конфигурации. Однако недостаток заключается в том, что специальный адаптер может повредиться, а замены под рукой не окажется.

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Что не так на этой картинке?

Многие интригующие меня вещи среднестатистическим человеком воспринимаются совсем иначе. Но вы ведь не среднестатистический человек – иначе вы не читали бы этот блог. Поэтому, надеюсь, вы найдёте следующую картинку и пояснения столь же интересными и полезными, как это показалось мне. Внимательно взгляните на этот анализатор сигналов Keysight серии X и на те детали, которые я выделил:

Диапазон частот этого анализатора сигналов MXA простирается до 26,5 ГГц, но он оснащен входным соединителем типа N. Поскольку верхняя граничная частота для соединителей типа N обычно составляет 11 или 18 ГГц, то у нас, кажется, проблема.

Честно говоря, я наблюдал такую комбинацию частотного диапазона и входного соединителя много лет, прежде чем обратил внимание на это странное несоответствие. Я смутно припомнил, что соединители типа N предназначались для меньших частот и, наконец, нашёл время решить этот вопрос.

Объяснение оказалось достаточно сложным, учитывающим некоторые инженерные приёмы для оптимизации компромиссов, но с ним стоит разобраться. Как всегда, когда речь заходит о СВЧ сигналах и разъёмах, важную роль играют материалы, точность и геометрия.

 

Почему же соединитель типа N?

Зачем же вообще применять соединитель типа N в приборе с диапазоном частот 26 ГГц? Почему бы не поставить приборный соединитель 3,5 мм, который легко соединяется и с обычными соединителями SMA?

1. Надежность

Основная причина кроется в прочности и надёжности соединителя N в отношении ударов, скручивания и частых подключений, которые должно выдерживать контрольно-измерительное оборудование, сохраняя при этом номинальные характеристики. Прецизионные соединители типа N сочетают надёжность с хорошими характеристиками, непревзойдёнными в мире ВЧ/СВЧ оборудования. Кроме того, они легко подключаются и обычно затягиваются рукой.

2. Специальная конструкция позволяет расширить частотный диапазон

Стандартные соединители типа N рассчитаны на частоту 11 ГГц, а прецизионные на 18 ГГц. Выше 18 ГГц соединитель проводников и геометрия корпуса могут порождать амплитудные и фазовые ошибки, вызванные возникновением паразитных мод колебаний в кабеле. Решение этой проблемы заключается в изменении конструкции приборных соединителей. Соединители типа N, используемые в приборах Keysight с диапазоном частот до 26 ГГц, имеют специальную конструкцию. Такой специальный соединитель содержит внутренний бесщелевой экран, изолятор центрального контакта из специального материала и обладает более точной конструкцией. В результате резонансы можно устранить или снизить до столь малого уровня, что соединитель типа N становится лучшим вариантом для контрольно-измерительного прибора в этом частотном диапазоне.

3. Прецизионные адаптеры обеспечивают работу до 26.5 ГГц

Если вы работаете выше 18 ГГц и используете соответствующие переходники, аналогичные тем, что входят в состав набора переходников 11878, вы можете уверенно выполнять измерения. Просто подключите к передней панели прибора переходник с N на 3,5 мм и используйте кабели с соединителями 3,5 мм или SMA.

 

Keysight Technologies гарантирует качество своей продукции

Примечание на странице 34 спецификации анализатора сигналов MXA гласит

 

Signal frequencies above 18 GHz are prone to response errors due to modes in the Type-N connector used. With the use of Type-N to APC 3.5 mm adapter part number 1250-1744, there are nominally six such modes. The effect of these modes with this connector are included within these specifications.
КСВ и другие важнейшие характеристики, указанные в спецификации, уже учитывают все возможные эффекты, связанные с возникновением паразитных мод колебаний. В результате практические преимущества соединителя типа N сочетаются с полным диапазоном частот 26,5 ГГц без ухудшения характеристик. В этом руководстве по применению Вы можете найти дополнительные подсказки для эффективного проведения СВЧ измерений.

     Доброго времени суток, уважаемые коллеги!
     В данной статье я хочу рассмотреть процедуру, которая рано или поздно понадобится любому инженеру, а именно - подключение контрольно-измерительного оборудования к персональному компьютеру. Цели подключения могут быть разными - от автоматизации тестирования до пост-обработки собранной информации. Но все эти цели объединяет одно - никто не хочет тратить много времени на то, чтобы "подружить" прибор и ПК, всем необходимо как можно быстрее установить соединение и начать решать поставленную задачу.


     Данное руководство применимо ко всем приборам производства Keysight Technologies: анализаторам спектра, осциллографам, анализаторам цепей, генераторам, анализаторам коэффициента шума, измерителям мощности, мультиметрам, частотомерам, источникам питания, характериографам и т.д.

Для начала приведу небольшое оглавление статьи:

1. Введение

2. Тонкости подключения по LAN

     2.1. Настройка подключения с помощью роутера

     2.2. Настройка подключения прибора напрямую к ПК

3. Проверка правильности подключения прибора

     3.1. Описание главного окна Keysight Connection Expert

     3.2. Признаки корректного определения прибора

     3.3. Некорректное определение прибора

4. Ручное добавление прибора

     4.1. Добавление GPIB подключения

     4.2. Добавление LAN подключения

          4.2.1 IP или Hostname

          4.2.2 Типы протоколов подключения

          4.2.3 Завершение и проверка подключения

5. Заключение

 

1. Введение

Давайте будем идти от простого к сложному. Самое простое, что можно себе представить. когда речь заходит о соединении прибора и ПК - это соединить их кабелем (GPIB, USB или LAN). И действительно, для подавляющего большинства современных приборов соединить кабелем прибор и ПК - это ровно половина всех действий, которые от Вас потребуются перед началом работы с прибором. Вторая же половина действий состоит в установке библиотек ввод-вывода, которые и "подружат" между собой прибор и компьютер. Библиотеки ввода-вывода Keysight IO Libraries, начиная с версии 17.0 (актуальная версия на момент написания статьи - 17.2), сделали большой шаг в автоопределении подключенных приборов, а также данная версия библиотек постоянно опрашивает приборы на предмет того, что они все еще подключены, что позволяет более чётко контролировать состояние приборов, например, при использовании VISA. В случае USB, да и части GPIB подключений, установка библиотек и соединение прибора и компьютера кабелем - это все, что нужно для начала работы.

 

2. Тонкости подключения по LAN

Но если бы все было так просто, то, скорее всего, Вы бы не искали информацию на эту тему в Интернете, не так ли? Давайте перейдем к чуть более сложному варианту - подключению через LAN. Первым делом установим библиотеки ввода-вывода, а затем перейдем к танцам с бубном и прочим вещам, которые всплывают как ассоциации у многих людей, когда они слышат слова "настройка локальной сети" и "сисадмин". Современные приборы в большинстве своём соответствуют классу С стандарта LXI (в т.ч. имеют свой Web-сервер для удаленного доступа к прибору через браузер). Выпускающиеся сейчас приборы соответствуют стандарту LXI версии 1.3, и с ним у Вас не возникнет никаких проблем. Все, что нужно - это правильно настроить IP-адреса и их выдачу в Вашей подсети. Более старые приборы могут соответствовать LXI версии 1.1, с несколько меньшим функционалом. С ними возникает большинство сложностей и вопросов, так как приборы с этой версией LXI необходимо добавлять вручную, автоматически они не определяются. Про ручное добавление я расскажу позже, а пока перейдем к тонкостям локальных сетей. Если у Вас или Ваших коллег есть опыт администрирования сетей. то у Вас не возникнет никаких трудностей с настройкой, но подобный опыт есть не у всех, поэтому я расскажу несколько базовых вещей, которые помогут настроить соединение с прибором.

2.1 Настройка подключения с помощью роутера

Рассмотрим случай, когда в помещении, где находится прибор, есть роутер, в котором включена функция автоматической выдачи IP-адресов DHCP (DCHP on). Это наиболее простое, хоть и не самое безопасное решение (в случае, если роутер соединен с WAN-кабелем и имеет выход в Internet). В данном случае роутер берет на себя роль раздатчика IP-адресов что, конечно, упрощает подключение, но имеет минус, что при каждом переподключении или каждой перезагрузке роутера, подключенные к роутеру приборы и компьютеры будут получать разные IP-адреса, что затруднит автоматизацию тестирования. так как в программах зачастую жёстко задаётся IP-адрес прибора. Эту проблему можно решить, закрепив за инструментом определенный IP в настройках роутера. Каждый участник локальной сети имеет свой MAC-адрес, который распознается роутером, и роутеры умеют запоминать, что прибору с определенным MAC-адресом надо выдать соответствующий IP-адрес. В зависимости от модели и производителя роутера интерфейс и местонахождение этой опции настроек может меняться, но общий смысл таков, как на рисунке.    Добавляя подключенные к сети приборы с помощью Add/Delete, можно закрепить за каждым постоянный IP. Чтобы понять, какой MAC-адрес какому прибору соответствует, необходимо сначала отключить все приборы (в т.ч. смартфоны и планшеты, если включена беспроводная сеть) от сети, оставив в сети только компьютер, с которого Вы настраиваете сеть. После того, как Вы закрепите за ним постоянный IP-адрес, по одному добавляйте приборы и устройства, чтобы избежать путаницы. Этот метод позволяет использовать роутер для объединения нескольких приборов в одну систему, что значительно облегчает автоматизацию, так как IP-адреса приборов остаются постоянными при переподключении или перезагрузке роутера.

2.2. Настройка подключения прибора напрямую к ПК

В случае, если необходимо подключить только один прибор, и выход в Internet не критичен для управляющего прибором инженера (или, как часто бывает, доступ заблокирован на всем предприятии), то можно осуществить прямое подключение прибора к компьютеру. Сразу после подключения кабеля чуда не произойдет и соединение не установится. Необходимо вручную сконфигурировать сеть. Для этого на прибор надо зайти в настройки LAN (см. руководство пользователя на прибор) и руками прописать IP-адрес 192.168.1.102 (формально, можно любой, но "отраслевым стандартом" считается IP-адрес вида 192.168.1.10Х, где Х = 1 для управляющего компьютера, и Х = 2 для подключаемого прибора). В качестве маски подсети укажите 255.255.255.0, а в качестве DNS-сервера - IP-адрес компьютера 192.168.1.101. На ПК необходимо будет зайти в сетевые настройки появившегося подключения (см. картинку ниже) и повторить операции по вводу IP-адреса, маски подсети и DNS-сервера. После нажатия кнопки OK, ПК должен будет, наконец, "увидеть" подключенный прибор и Вы сможете перейти к шагу проверки подключения.   Данные значения, повторюсь, не являются обязательными, главное, чтобы совпадали маски подсети и адрес DNS-сервера на компьютере и Вашем приборе, как это продемонстрировано на следующей картинке. Настройки IP на используемом в данном примере осциллографе MSOX4154A следующие: IP: 192.168.0.1, Subnet mask (маска подсети): 255.255.248.0, Default Gateway (шлюз) 0.0.0.0, DNS: 192.168.0.2, Hostname: a-mx4154a-00587. Настройки на ПК приведены ниже. Цифрами обозначены кнопки и ссылки на которые нужно кликнуть (или выделить, как в п.3), чтобы попасть в меню ввода настроек.

 

На выходе в окне Connection Expert получаем следующее:

Как видно из картинки, осциллограф готов к работе. Про то, как определить, действительно ли Ваш прибор готов к работе, читайте далее, там тоже есть свои тонкости.

3. Проверка правильности подключения прибора

3.1. Описание главного окна Keysight Connection Expert

Допустим, Вы сделали все базовые начальные шаги по подключению. Библиотеки ввода-вывода установлены, прибор соединен кабелем, все необходимые настройки сделаны. Теперь перейдем к следующему шагу - будем проверять, а понял ли ПК, что к нему что-то подключили и что именно к нему подключили. Для этого необходимо открыть Keysight Connection Expert (двойной клик по иконке IO в системном трее или через меню Пуск/Start). Эта утилита устанавливается вместе с библиотеками ввода-вывода и предоставляет удобный интерфейс для коммуникации с прибором. Главное окно выглядит так:

1. Окно, где будут показываться подключенные приборы

2. Область подробной информации о приборах

3. Панель информационных сообщений

4. Кнопка добавления прибора в избранные, кнопка повторного поиска подключенных приборов и поле для быстрого поиска прибора

5. Панель вкладок программы (доступ к настройкам PXI/AXIe мейнфреймов, ручное добавление приборов, настройки программы)

 

3.2. Признаки корректного определения прибора

Здесь опять возникает развилка на простой и сложный путь. Простой путь заключается в том, что прибор автоматически и, что главнее, корректно определился, и тогда окно программы выглядит следующим образом:  1. Главный (необходимый и достаточный) признак корректности определения прибора - Модель, производитель, тип прибора, краткое описание и адрес в окне слева

2. Необходимый, но недостаточный признак корректности определения прибора - полностью заполненная информация в окне справа - производитель, модель, серийный номер (скрыт), версия микропрограммного обеспечения, зеленая галочка рядом с VISA-адресом. (Остальные ссылки имеют следующие функции: открыть страницу прибора на нашем сайте; открыть Web-интерфейс прибора для удаленного контроля над прибором по LAN; открыть утилиту посылки SCPI-команд (*IDN?, *RST и др.) и утилиту IO монитора, а также сменить псевдоним VISA).

 

Если Вы видите такое окно (пункты 1 и 2 выполнены) - можете поздравить себя - Вы молодец, у Вас все получилось, и прибор и компьютер полностью готовы к совместной работе. Любое приложение, будь то ПОBenchVue, или VSA, или Ваша собственная программа тестирования, будут "видеть" прибор и смогут с ним взаимодействовать. Вы можете помечать прибор звездочкой, добавляя его в избранные. Это поможет Вам в некоторых приложениях, например, функция viFindRsrc будет корректно следить за состоянием подключенного прибора из списка избранных, обновляя информацию в случае отключения или переподключения прибора. Этой функции не было в более старых версиях библиотек ввода-вывода и это еще один аргумент в пользу того, что необходимо регулярно обновлять ПО и микропрограммное обеспечение приборов. Эти процедуры безопасны и не занимают много времени, но зачастую избавляют от многих проблем, экономя время инженеров.

3.3. Некорректное определение прибора

Перейдем, наконец, к самому интересному, ради чего и была затеяна вся эта большая статья. Сложный путь состоит в том, что прибор может определиться некорректно или не определиться вовсе.

Как видно из рисунка, приборы N5182B и N9010A были корректно определены (неважно, автоматически или вручную),  а вот некий прибор Infiniium, Agilent, очевидно, определён некорректно, так как отсутствует чёткое название модели и тип прибора. И хотя, вроде бы в окне информации все правильно, указан серийный номер прибора (скрыт), указана версия микропрограммного обеспечения, VISA адрес горит зелёным, а в окне сообщений даже проскакивает информация, что это DSO9404A, всё равно использовать прибор в программах не получается.

 

4. Ручное добавление прибора.

Что же делать в этом случае? В этом случае необходимо добавить прибор вручную. В случае, если прибор определился некорректно, то для этого сначала необходимо удалить прибор из списка, нажав Delete User-Added Connections в окне справа. После этого необходимо перейти во вкладку Manual Configuration. Откроется окно Add New Instruments/Interfaces.

Добавление интерфейсов (выделено зелёной рамкой) требуется редко и его нужно применять, например, если в ПК несколько сетевых или GPIB плат и больше одной из них заняты Вашими инструментами. Тогда создание нового интерфейса позволит получить доступ к устройствам, подключенным к этим дополнительным платам, так как иначе бы опрос производился только для основного интерфейса.   С интерфейсами разобрались, а значит, нас интересуют две самые верхние строчки: Lan instrument и GPIB instrument (в красной рамке). Как я уже писал ранее, в случае USB подключения проблем с подключением обычно не возникает. Это наименее проблемный способ подключения, хоть и не такой функциональный, как LAN. Поэтому, я советую использовать USB-GPIB интерфейс 82357B для подключения до 14 GPIB приборов к ПК. Эта небольшая штучка экономит кучу времени и нервов, полностью оправдывая свою цену. Единственное, что стоит иметь в виду при работе с 82357B - это то, что лучше не назначать ему Primary Address под номерами 9, 11, 13, 15, 25, 27 или 29, так как на некоторых редких (и достаточно старых) конфигурациях ПК возможна некорректная работа с данными адресами, но случаи, чтобы требовались такие высокие номера встречаются крайне нечасто, обычно пользователю хватает номеров с 0 по 8, с которыми нет никаких проблем.

4.1. Добавление GPIB-подключения

Но, допустим, переходника USB-GPIB у Вас нет, а GPIB-плата в компьютере есть. Что тогда? Тогда необходимо выбрать GPIB Instrument и указать основной адрес прибора (0,1,2...), оставить галочку Auto Identify This Instrument и нажать Test Connection, если указан верный адрес, то появится надпись Verified.

После этого останется нажать Accept в правом нижнем углу и насладиться видом определившегося прибора в главном окне программы, после чего приступать к работе с прибором.

4.2. Добавление LAN подключения

4.2.1. IP или Hostname

С GPIB разобрались, переходим к наиболее современному и функциональному LAN соединению. Первое окно встречает нас предложением ввести IP или Hostname прибора. Для приборов с установленной ОС Windows имеются те же возможности по установке сетевых имен (Hostname), что и для обычных компьютеров. Посмотреть и изменить Hostname прибора можно в разделе Control Panel -> System. Изменение доступно по клику Change settings (кнопка справа, необходимо зайти под учебной записью Администратора) для изменения настроек).Hostname вводится в окно Computer description. Если Вы хотите переименовать Ваш ПК, нажмите Change, и в появившемся окне задайте новое имя.

Использование IP или Hostname - дело вкуса, в большинстве случаев, но указание IP - более надёжный вариант, потому что с Hostname есть некоторые подводные неочевидные камни. Например, Hostname на русифицированных версиях Windows по умолчанию задаётся как Имя_пользователя-ПК на русском языке, и имя пользователя тоже часто выбирается русскоязычным (Андрей-ПК, как пример). Так вот, данная комбинация довольно часто приводит к проблемам обнаружения компьютера (или прибора с ОС Windows) в сети. Да, в общем-то Microsoft наладило распознавание кириллицы, но до сих пор возникают проблемы с кириллическим именем пользователя или кириллицей в Hostname. Поэтому, во избежание таких проблем, основной пользователь системы должен быть на английском языке, как и Hostname Hostname Andrey-PC багов кириллицы возникнуть не может). Для приборов Keysight это не очень актуально, так как имя пользователя обычно Instrument или Admin, а Hostname по умолчанию на английском языке и базируется на серийном номере прибора, но тем не менее, это полезно знать. Вторым подводным камнем является то, что некоторые приложения (даже Windows Vista в свое время грешила таким) в принципе имеют трудности с подключением по Hostname даже на латинице, а в случае задания IP-адресов соединение устанавливается нормально.

4.2.2. Типы протоколов подключения

Перейдем к следующей графе. Насчет интерфейсов я писал ранее, если у Вас только одна сетевая карта, то TCPIP Interface ID следует оставить TCPIP0. Далее необходимо выбрать тип протокола подключения.

По умолчанию выбран протокол Instrument (inst0). Этот протокол (также известный, как VXI-11) является основным и все приборы могут подключаться по нему.

Протокол Socket предназначен для повышения скорости взаимодействия, но у него есть некоторые функциональные ограничения. Он не поддерживает прерывания (напр., SRQ и т.д.). Помимо скорости, плюсом протокола Socket является то, что он позволяет не Windows устройствам подключаться к приборам. Этот протокол не использует VISA, а подключается к приборам напрямую, таким образом, Вы можете работать с прибором под Linux или Mac.

Протокол HiSlip - самый новый. Он сочетает в себе скорость Socket и функциональность VXI-11, поэтому, если Ваш прибор поддерживает этот протокол, используйте его. Приборы прошлых поколений, скорее всего, не смогут работать с протоколом HiSlip, но это лучше уточнять отдельно для каждого прибора. Информацию можно посмотреть в идентификационном файле LXI. Протокол HiSlip использует VISA для взаимодействия с приборами, поэтому на данный момент он не может быть использован под Linux или Mac, так как эти ОС в настоящее время не поддерживаются Keysight IO Libraries.

4.2.3. Завершение и проверка подключения

Следующий пункт - это подтверждение соединения, здесь нужно оставить галочку Allow *IDN Query, а также будет указан VISA адрес прибора (например, такой: TCPIP::192.168.1.101::hislip0::INSTR). Нажатием на кнопку Test This VISA Address Вы сможете проверить, удалось ли подключиться к прибору. Слово Verified намекнет Вам, что всё сделано верно, а наличие ошибок VISA (например, VISA timeout error) - это признак того, что надо что-то поменять в настройках (или проверить кабель, которым соединены прибор и компьютер, может быть он неисправен). Кнопка Instrument Web-interface позволяет открыть Web-интерфейс приборов, соответствующих стандарту LXI в окне Вашего браузера. Обычно, такой Web-интерфейс дает доступ к управлению большинством функций прибора, в т.ч. сбору данных, а также предоставляет информацию о приборе (версия микропрограммного обеспечения и т.д.). После того, как подключение успешно протестировано, Вы можете похлопать себя по плечу, так как теперь Ваш прибор и Ваш компьютер полностью готовы к совместной работе. Если же прибор определился некорректно, значит, возможно, Вы пропустили некоторые шаги инструкции (например, сняли галочку с Allow *IDN Query или не нажали Test This VISA Address) и Вам следует заново проделать все шаги, начиная с удаления прибора из списка.

5. Заключение

Желаю Вам успешной работы! Все интересующие Вас вопросы Вы можете задать здесь в комментариях или отправить на почтовый адрес tmo_russia@keysight.com, и Вы обязательно получите ответ.

Ниже приведено видео с примером подключения (на английском языке)

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Одна транспортная схема используется повсюду, она просто «вездесущая»!
Работая в начале 1990-х с первыми векторными анализаторами сигналов, я из первых рядов наблюдал выход на сцену цифровых схем модуляции. Цифровая модуляция была не нова, но с пришествием второго поколения сотовых стандартов, таких как GSM, NADC, CDMA/IS-95 и PDC, она стала использоваться массово.
Целое десятилетие продолжалось непрерывное внедрение инноваций: телевидение стало цифровым, затем третье поколение сотовых стандартов потребовало огромных затрат и умственных усилий.
Шли годы, я поражался обилию типов модуляции, транспортных схем и кажущемуся бесконечным числу их комбинаций и улучшений. Всё это требовало столь же постоянного потока новых решений для изучения, анализа, оптимизации и диагностики.
С некоторым недовольством я спрашивал своих коллег: “До каких же пор будет продолжаться эта постоянная раскрутка разных типов модуляции и транспортных схем”? И все отвечали примерно одинаково: “Ну, ещё какое-то время”.
Они были правы, но в конце десятилетия появилась новая важная тенденция. Одна транспортная схема вышла вперёд и доминировала всё последующее десятилетие и далее: мультиплексирование с ортогональным делением частот или OFDM. Сегодня эта технология применяется и в сотовой связи, и в некоторых стандартах спецсвязи, и совершенно неожиданно в счетчиках электроэнергии для передачи показаний по силовых сетям.

Особенности OFDM

Ключ кроется в первом слове сокращения OFDM: главной особенностью этой схемы являетсяортогональность большого числа поднесущих. Являясь скорее транспортной схемой, а не типом модуляции,OFDM может использовать несколько разных модуляций и, как правило, одновременно. Ортогональность поднесущих иллюстрируется приведённым ниже рисунком.

Рис. 1. Спектр трёх перекрывающихся поднесущих OFDM, в котором центр каждой поднесущей соответствует спектральным нулям всех других поднесущих. Такое беспомеховое наложение обеспечивает ортогональность, позволяющую независимо модулировать каждую несущую.

 

Ортогональность и независимость поднесущих в OFDM не означает, что поднесущие не перекрываются. На самом деле они сильно перекрываются, и центральные частоты расположены близко друг к другу, но спектральный пик каждой поднесущей располагается на частоте, где все другие поднесущие обращаются в ноль.
В связи с независимостью поднесущих, OFDM можно рассматривать как мультиплексирование или метод множественного доступа, чем-то напоминающий CDMA. Он не повышает теоретическую ёмкость канала, но позволяет системам работать ближе к их теоретической ёмкости в реальных условиях:

  • Высокий уровень эксплуатационной гибкости за счёт управления распределением поднесущих, символов и схем кодирования сигнала, что обеспечивает поддержку разных задач с различными требованиями к скорости данных, задержкам, приоритету и многим другим аспектам.
  • Множественный доступ (OFDMA) для одновременной поддержки нескольких пользователей (радиостанций) за счёт гибкого и эффективного распределения поднесущих.
  • Высокая целостность символов и данных за счёт передачи их с относительно низкой символьной скоростью, смягчающей эффект многолучевого распространения и снижающей влияние импульсных помех, а также за счёт распределения потоков данных по нескольким поднесущим с символьным кодированием и упреждающей коррекцией ошибок.
  • Высокая скорость передачи данных за счёт одновременной передачи по нескольким сотням и даже тысячам поднесущих с применением соответствующего кодирования сигнала.
  • Надёжная работа в условиях сильных помех благодаря структуре распределённого спектра и способности компенсировать потерю некоторых групп поднесущих.
  • Высокая эффективность использования спектра за счёт плотного расположения множества поднесущих и такого их распределения, что они не влияют друг на друга и позволяют отдельно модулировать каждую поднесущую.
  • Высокая пространственная эффективность за счёт совместимости с методами пространственного мультиплексирования, такими как передача с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO).

Потенциальные преимущества OFDM были понятны уже давно, но практическое применение этой технологии началось лишь тогда, когда для мобильных терминалов стали широко доступны большие вычислительные мощности. За последние 15 лет, по мере оптимизации отношения цены к производительности, OFDM закрепила своё господство и стала основной технологией.

 

Дополнительную информацию об этой технологии можно найти в недавних ознакомительных рекомендациях по применению OFDM, а в будущих статьях я опишу некоторые особенности реализации и тестирования.

Ранее была опубликована статья о добавлении нужного значения фазового шума. Специально для разработчиков доплеровских РЛС, систем с использованием OFDM или программно-определяемых радиостанций (SDR) рассмотрим вопрос о фазовых шумах генераторов сигналов более подробно.

Схемы генераторов сигналов

Производительность в области фазового шума часто является решающим фактором при определении соответствия генератора сигналов требованиям приложения. Улучшение характеристики фазового шума зависит от внутренней архитектуры, типа гетеродина, наличия внутреннего и внешнего опорного генераторов и влияния дополнительных встроенных функций. Оптимальное решение выбирается с учетом скорости переключения, цены, а также оптимизации влияния малых и больших отстроек от несущей.

 

Рассмотрим две самые распространенными схемы генераторов сигналов: с одноконтурной и многоконтурной ФАПЧ. Применение менее сложной одноконтурной ФАПЧ упрощает проектирование и оптимизацию генератора. Но эта недорогая архитектура требует оптимизации, так как при очень хорошем относительном уровне мощности в соседнем канале (ACPR) одноконтурные синтезаторы частот имеют средние характеристики фазового шума.

Генераторы многоконтурной архитектуры сложнее и дороже. В число дополнительных элементов этих генераторов входят контур точной настройки, контур отстройки или ступенчатого изменения частоты и контур суммирования, каждый из которых снижает уровни паразитных сигналов и значительно улучшает характеристику фазового шума (рис. 1). При наличии определенных органов управления, доступных для пользователя, гибкость регулировки многоконтурного синтезатора частот увеличивается, что облегчает оптимизацию характеристики фазового шума с учетом требований конкретного приложения.

Рис. 1. Трехконтурная архитектура, используемая в генераторах Keysight PSG и MXG, позволяет значительно улучшить характеристику фазового шума.

На рис. 2 показаны зависимости фазового шума от частоты отстройки, полученные для трех генераторов сигналов Keysight серии X: EXG, стандартного MXG и MXG с опцией снижения фазового шума UNY. На рисунке видны четкие различия характеристик для одноконтурного генератора серии EXG и многоконтурного генератора серии MXG с опцией снижения фазового шума или без нее.

Рис. 2. Одноконтурный генератор EXG подходит для многих приложений, а многоконтурный генератор MXG можно эффективно использовать для более точных измерений.

При отстройке 10 кГц MXG с опцией снижения фазового шума способен формировать сигнал с уровнем фазового шума менее -140 дБн/Гц, что является превосходным значением.

Помимо уровня фазового шума при оценке возможности использования генератора сигналов следует обратить особое внимание на паразитные сигналы, гармоники, широкополосный шум и амплитудный шум.

Подробное русскоязычное руководство по применению о выборе генератора сигналов с учетом фазового шума Вы можете скачать на нашем сайте. Сравнение основных технических характеристик и функций генераторов сигналов Keysight Technologies доступно по ссылке

http://www.keysight.com/ru/pc-1000000524%3Aepsg%3Apgr/signal-generator-signal-source?pm=SC&nid=-536902260.0&cc=RU&lc=rus

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Испытательные сигналы не всегда должны быть идеальными

Минимизация шумов так часто важна для улучшения измерений, что легко прийти к выводу, что максимальное отношение С/Ш всегда соответствует наилучшим условиям. В этой статье и парочке будущих статей я приведу некоторые примеры и дам практические советы для случаев, в которых некоторый уровень шума – конечно, точно заданное значение – упростит задачу проектирования и тестирования, делая результаты более достоверными.
Как известно читателям этого блога, я не любитель шумов. Они вносят беспорядок, энтропию, ухудшают характеристики и в некотором смысле их можно считать инженерной ошибкой или просто неудачей. Чрезмерный шум воспринимается радиоинженерами, как личное оскорбление, и большинство из нас предпочло бы иметь дело с чистой синусоидой или хорошо сконструированным сигналом с цифровой модуляцией, каким бы сложным он ни был. Конечно, многие сложные сигналы с цифровой модуляцией похожи на шум с ограниченной полосой, но в данном случае – это признак успеха.
Давайте же сосредоточимся на желательном шуме в виде контролируемого фазового шума в испытательных сигналах для систем OFDM (мультиплексирование с ортогональным делением частот). Системы OFDMчувствительны к фазовому шуму, потому что он заставляет влиять друг на друга близко расположенные поднесущие и тем самым уменьшает ортогональность, которая очень важна для нормального функционирования.
При создании испытательных сигналов OFDM достаточно очевидным кажется стремление снизить уровень фазовых шумов до нуля. Однако в реальных условиях это непрактично, да и не нужно. Это непрактично, потому что создание сигналов с очень малым фазовым шумом обходится очень дорого. Это не нужно, потому что демодуляторы OFDM непрерывно отслеживают известные пилотные поднесущие и символы в передаваемых сигналах, и это отслеживание может частично компенсировать фазовый шум. Какой же уровень фазового шума допустим? При каких отстройках от несущих? Ба, да это же ни что иное, как сложности генерации сигналов, и инженер получает шанс блеснуть знаниями. Цель заключается в определении максимально допустимого уровня фазового шума и оптимизации характеристик (и стоимости) системы за счёт генерации испытательных сигналов, близких этому предельному значению.
Итак, существуют два важных аспекта испытаний, позволяющих оптимизировать параметры фазового шума в системах OFDM. Во-первых, это генерация сигналов с соответствующим уровнем и распределением фазового шума. Во-вторых, это понимание того, какой уровень фазового шума может повлиять на показатели качества модуляции, например, на амплитуду вектора ошибки (EVM).Для создания сигналов OFDM со строго дозированным уровнем фазового шума генераторы сигналов серии Keysight N5182B MXG серии X используют обработку модулирующего сигнала в режиме реального времени, предлагая возможность «инжекции фазового шума». Пользователю нужно только указать величину пьедестала фазового шума и указать граничные частоты, соответствующие началу и концу этого пьедестала. Приведённый ниже рисунок показывает соответствующий экран настройки генератора с результирующей кривой и соответствующее измерение, выполненное анализатором сигналов Keysight серии X с приложением для измерения фазового шума.

Экран настройки фазового шума генератора сигналов Keysight N5182B MXG показан слева, он содержит прогнозируемую кривую фазового шума. Соответствующее измерение результирующего фазового шума анализатором сигналов показано справа.Как видите, генератор ВЧ сигналов прекрасно справляется с проблемой добавления реалистичного фазового шума с заданными отстройками от несущих. Другой важный момент тестирования и оптимизации системы заключается в проверке влияния этого фазового шума на качество модуляции в том виде, в котором её видит приёмник.
Для оценки качества сигнала широко применяется параметр EVM, и для оптимизации фазового шума полезно предположить, что качество сигнала определяется в основном фазовым шумом. Затем можно смело применить простое правило, согласно которому отслеживание пилотных поднесущих эффективно устраняет фазовый шум при отстройке до 10 % от величины разнесения поднесущих OFDM. В данном примере WLAN это соответствует 31 кГц при разнесении поднесущих на 312,5 кГц.
Теперь можно оценить EVM, интегрируя мощность фазового шума в одной боковой полосе (SSB) при отстройках, больших 10 % от разнесения несущих, но меньших ширины канала, и добавляя 3 дБ для преобразования мощности SSB в полную мощность в двух боковых полосах (DSB). На приведённом выше рисунке интегрирование мощности выполняется диапазонными маркёрами измерительного приложения, и после добавления 3 дБ к показаниям маркёра -29,35 дБн мы получаем результат -26,35 дБн.
Простое правило «10 % от разнесения несущих» может показаться несколько консервативным, но последующее измерение векторным анализатором сигналов его подтверждает, давая значение EVM всего на долю децибела лучше, чем предсказано.

Коэффициент шума приемника

Современные приёмники РЛС могут обеспечить очень низкий коэффициент шума (NF). Кроме всего прочего, приёмник должен обеспечить соответствующее усиление, фазовую и амплитудную стабильность, динамический диапазон и быстрое восстановление после перегрузки и воздействия активных радиопомех. Должна быть также обеспечена защита от перегрузки или насыщения и выжигания от воздействия близко расположенных передатчиков. И, наконец, приёмник должен иметь высокую надёжность.

Принимая во внимание эти соображения, некоторые конструкторы предпочитают выполнять первый каскад приёмника смесителем, вместо использования малошумящего ВЧ усилителя. Но и коэффициент шума смесителя очень важен и должен быть оптимизирован с учетом других имеющихся ограничений.

Метод Y-фактора

Для измерения коэффициента шума обычно используются два метода. Это метод Y-фактора, иногда называемый методом горячего/холодного источника, и второй – метод холодного источника или метод прямого измерения шума. Метод Y-фактора использует анализатор спектра или сигналов и источник шума. Метод холодного источника использует векторный анализатор цепей, что требует более высоких затрат на оборудование, чем метод Y-фактора, но позволяет измерять S-параметры, компрессию и интермодуляционные искажения при одном подключении к испытуемому устройству (ИУ).

Для измерения коэффициента шума методом Y-фактора используются анализатор сигналов серии X (N9020A MXA, N9030A PXA или N9040A UXA), прикладная программа измерения коэффициента шума N9069A (запускается в анализаторе) и интеллектуальный источник шума (SNS) серии N4000A (рис. 1).

 

Для начальной установки необходимо выполнить следующие пять шагов:

1. Выбрать диапазон частот, соответствующий испытуемому устройству (ИУ).

2. Выбрать опцию внутреннего усилителя для данного диапазона частот.

3. Ввести в анализатор сигналов таблицу коэффициентов избыточного шума (ENR) для источника шума серии SNS. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], затем программные клавиши {ENR}, {SNS setup}, {Noise

Source}, установить SNS в состояние (Auto) {Auto Load ENR}.

4. Подключить источник шума к анализатору сигналов с помощью кабеля; источники шума серии SNS используют кабель 11730A. Проверить, что данные ENR переданы в анализатор сигналов.

5. Сохранить таблицу ENR. Для этого нажать клавишу [Save], затем программные клавиши {Data}, {ENR Table}, {Meas} Table, {Save As} name [Enter].

 

Выполнить калибровку прикладной программы измерения коэффициента шума N9069A и анализатора.

1. Подключить вход источника шума к соединителю на задней панели анализатора с помощью кабеля 11730A. Подключить выход источника шума к входу анализатора.

2. Установить начальную частоту. Для этого нажать клавишу [Freq Channel], затем программную клавишу {Start Freq}, набрать на цифровой клавиатуре число 10 и нажать программную клавишу {MHz} (ввод выбранной частоты).

3. Установить конечную частоту. Для этого нажать программную клавишу {Stop Freq}, набрать на цифровой клавиатуре число 3 и нажать программную клавишу {GHz} (ввод выбранной частоты).

4. Установить число точек. Для этого нажать программную клавишу {Points}, набрать на цифровой клавиатуре число 30 и нажать {Enter} (ввод числа точек).

5. Установить функцию усреднения. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], затем программную клавишу {Average Num} и установить её в состояние ON; набрать на цифровой клавиатуре число 15 и нажать {Enter}.

6. Откалибровать программу N9069A. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], программную клавишу {Calibrate Now} и [Enter].

Рисунок 1 – Измерительная установка, включающая анализатор, источник шума и ИУ

 

Выполнить измерение коэффициента шума (NF).

 

1. Выбрать прикладную программу измерения коэффициента шума в анализаторе сигналов. Это обычно выполняется с передней панели. Для этого нажать клавишу [Mode], затем программную клавишу {More}, пока не будет доступна программная клавиша {Noise Figure}.

2. Используя визуальное руководство установкой, начать измерение. Для этого нажать клавишу [Mode Setup], программные клавиши {DUT Setup...}, {Amplifier} или выбрать устройство из выпадающего меню с помощью мыши.

3. Отключить источник шума от входа анализатора и подключить его к входу ИУ. Подключить выход ИУ к ВЧ входу (RF input) анализатора (рисунок 1). Чем меньше используется переходов, тем лучше результаты измерения.

4. Ввести соответствующие значения для ИУ в меню установки и запустить процесс измерения.

 

Подробное сравнение методов Y-фактора и холодного источника Вы можете найти в этих

и этих русскоязычных заметках по применению.

 

 

Рисунок 2 – Пример погрешности измерения коэффициента шума в среде АИС

 

Интересующие Вас материалы могут быть уже переведены на русский язык. Пожалуйста, обращайтесь к нам.

Англоязычные материалы по решениям компании Keysight Technologies для измерения коэффициента шума. Наши видео об измерениях КШ на Youtube.

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Где должен стоять первый смеситель при выполнении высокочастотных измерений?

Когда я работал с более низкими частотами, я знал о возможности использования внешнего смесителя, но всегда считал это несколько экзотичным и неоправданно сложным методом. На самом же деле это простой подход, дающий существенные преимущества, и современное оборудование улучшило и упростило его применение.

Также я понял, что уже давно использую внешний смеситель, но дома – в приёмной головке моей спутниковой тарелки. Спутниковые приёмники используют внешние смесители по тем же причинам, что и инженеры в лаборатории.

Для спутниковых приёмников и анализаторов сигнала очень важно, где расположен первый смеситель. При анализе сигналов СВЧ и КВЧ диапазона первым обрабатывающим сигнал элементом (кроме предусилителя или аттенюатора) обычно является смеситель, который понижает частоту сигнала до значительно меньшего значения.

Никаких особых требований к тому, чтобы смеситель располагался внутри самого анализатора, не существует. В некоторых случаях вынесение смесителя за пределы анализатора и расположение его в непосредственной близости от точки снятия исследуемого сигнала (как показано на приведённом ниже рисунке) даёт определённые преимущества.

 

На внешний смеситель подаётся сигнал гетеродина от анализатора, и гармоники этого сигнала используются смесителем для понижения частоты, поступающей на его входной волновод. Результирующий сигнал передаётся в анализатор, как сигнал промежуточной частоты, который обрабатывается обычным ПЧ каскадом анализатора.

Внешний смеситель обладает целым рядом преимуществ:

  • Гибкая и с малыми потерями подача сигнала от источника на анализатор. Основной преобразующий частоту элемент можно расположить в непосредственной близости от источника сигнала, имеющего, как правило, волноводный разъём. Анализатор можно установить в любом удобном месте, не беспокоясь о потерях сигнала, возникающих при передаче высоких частот на большие расстояния.
  • Частотный диапазон. Внешние смесители пассивного и активного типа выпускаются для частот от 10 ГГц до терагерцового диапазона.
  • Цена. Анализ сигнала может выполняться лишь в ограниченной области СВЧ или КВЧ диапазона, и диапазонные внешние смесители могут расширить диапазон анализатора ВЧ сигналов на эти частоты.
  • Характеристики. Повышение чувствительности измерения и снижение фазового шума за счёт меньших потерь на соединение и за счёт применения высокочастотных и высокостабильных выходов гетеродина анализатора сигналов.

Некоторые недавние усовершенствования упростили работу с внешними смесителями и улучшили их характеристики. В таких интеллектуальных смесителях имеется интерфейс USB для соединения с анализатором сигналов, что обеспечивает автоматическую настройку и калибровку мощности. Кроме USB нужно подключить только комбинированный разъём выхода гетеродина/входа ПЧ, как показано ниже.

 

Волноводные гармонические смесители Keysight M1970 имеют функции автоматической настройки и калибровки, а для их подключения к анализаторам сигналов Keysight Technologies используются только разъёмы USB и SMA.

Новые смесители просты в обращении и поддерживают автоматическую загрузку коэффициентов потерь преобразования для коррекции амплитуды. Тем не менее они уступают по удобству и частотному диапазону одноприборным решениям со встроенным смесителем, непосредственно охватывающим СВЧ и КВЧ диапазоны. И поскольку внешние смесители не имеют фильтра предварительной селекции, приходится использовать различные функции идентификации сигнала для выделения и подавления сигналов, генерируемых модой (гармоникой гетеродина или модой смесителя), отличной от той, на которую откалиброван дисплей (подробней я расскажу об этом в следующей статье).

В настоящее время опция внешнего смесителя поддерживается в анализаторах сигналов Keysight UXA, PXA, MXA и EXA.

 

Поздразделение EEsof компании Keysight является ведущим производителем систем автоматизированного проектирования (САПР) для разработки радиоэлектронных устройств.

 

Следя за обновлениями этого блога, мы будете оставаться в курсе новейших технологий в области моделирования высокочастотных и высокоскоростных цифровых устройств, создания моделей компонентов, обработки сигналов и проектирования радиочастотных цепей.

 

Инженеры смогут быстрее создавать требуемые устройства, используя технологическую платформу на основе наших средств проектирования систем, компонентов и элементов на физическом уровне. Мы предлагаем полные интегрированные решения для проектирования таких устройств, как сотовые телефоны, беспроводные сети, радиолокационные системы, системы спутниковой связи и высокоскоростные цифровые проводные устройства.

 

 

Наши приложения включают решения для проектирования на системном уровне (ESL), средства проектирования высокоскоростных цифровых схем, аналоговых и смешанных схем, решения для моделирования ВЧ/СВЧ устройств для коммерческой беспроводной связи, аэрокосмической и оборонной промышленности.

 

САПР Keysight совместимы с собственным контрольно-измерительным оборудованием Keysight и используются для его разработки.

 

 

Пакеты САПР Keysight предлагают широчайший спектр гибких решений, легко адаптируемых к вашему маршруту проектирования и бюджету, и при необходимости могут быть расширены: вы можете добавлять необходимые методики расчета (симуляторы), модели и библиотеки. Мы предоставим вам высококлассное программное обеспечение и поддержку, необходимые для повышения производительности проектирования.

 

Picture1.png

Узнать больше о САПР Keysight EEsof >>

Измерения изменений уровня мощности оптических сигналов для определения значений времени переключения в волоконно-оптических сетях связи или наблюдения переходных флуктуаций, связанных с перемещением оптоволокна или реконфигурации сети, выходят за пределы возможностей большинства измерителей оптической мощности.  Такие приборы обычно разрабатываются для калиброванных измерений уровней оптической мощности, которые являются постоянными или изменяются синхронно с другими приборами. Для основных измерений параметров сигналов, изменяющихся во времени, типовые значения частоты дискретизации 10 кГц, ёмкости хранения данных 100000 выборок, а также скорости передачи данных к контроллеру часто недостаточны. Поэтому вместо измерителей оптической мощности в стандартах использовались и описывались альтернативные установки, включающие быстродействующий оптоэлектронный преобразователь и осциллограф. Из-за этого часто приходится жертвовать калибровкой уровня оптической мощности, привлекать дополнительные усилия для интеграции системы, и, вероятно, использовать осциллограф с избыточной полосой пропускания.

 

Измерители оптической мощности N7744A (4-портовый) и N7745A (8-портовый), реализованные в виде компактных автономных приборов, используемых вместе с управляющим компьютером, обладают характеристиками, необходимыми для выполнения таких измерений. Эти измерители мощности точно регистрируют уровень оптической мощности с выбираемой частотой дискретизации до 1 МГц, запоминая  до 2 миллионов выборок на порт, и допускают быструю передачу данных через интерфейсы USB или LAN, а также поддерживают измерения одновременно с передачей данных для обеспечения непрерывного контроля уровня мощности без прерываний. Можно также использовать новые высокочувствительные измерители мощности N7747A и N7748A. Они отличаются более узкой полосой пропускания. Из-за этого частота дискретизации уменьшается до 10 Квыб/с, но обеспечивается более низкий уровень шума и возможность измерения более слабых сигналов.

 

Основные функциональные возможности регистрации

 

Измерение параметров сигналов, изменяющихся во времени, реализовано с использованием функции регистрации данных измерителей оптической мощности. Функция регистрации настраивается посредством выбора числа регистрируемых выборок (N) и времени усреднения каждой выборки (t). Затем с помощью программной команды или электрического сигнала запуска начинается измерение с регистрацией данных. Прибор может быть сконфигурирован для проведения законченного измерения, включающего N выборок, или захвата отдельных выборок по сигналу запуска. Для обеспечения возможности исследования сигналов, изменяющихся во времени,  измерение обычно конфигурируется для регистрации всех выборок без перерыва в течение полного времени Nt.

 

Также следует отметить, что эти приборы имеют функцию измерения  нестабильности, которая работает похожим образом, но с программируемым временем выдержки между выборками. Она может использоваться для измерения изменений оптической мощности на более длинных интервалах времени, например, при испытаниях нестабильности источников, и далее не рассматривается.

 

Многопортовые измерители мощности N7744A и N7745A могут проводить такие измерения с регистрацией данных, обеспечивая возможность одновременного исследования до 8 оптических сигналов волоконно-оптических линий связи. При времени усреднения в пределах от 1 мкс до 10 с может быть захвачено до 1 миллиона выборок. Измерения с регистрацией могут проводиться в широком динамическом диапазоне, превышающем 60 дБ, при времени усреднения 100 мкс или более, а максимальный диапазон измерения уровня мощности можно установить в пределах от –30 дБм до +10 дБм с шагом 10 дБ. Многопортовые измерители мощности можно сконфигурировать таким образом, чтобы начать новое измерение с регистрацией N выборок, как только предыдущее измерение закончится. Существующие результаты могут быть выгружены в управляющий компьютер во время проведения нового измерения. Этот набор функциональных возможностей обеспечивает два метода проведения измерений быстро изменяющихся уровней оптической мощности, которые здесь обозначены как метод регистрации по запуску и метод непрерывной регистрации.

 

1.JPG

Рис. 1. Измерители оптической мощности Keysight N7744A и N7745A

 

2.JPG

Рис. 2. Запатентованные съемные адаптеры для измерителей оптической мощности

 

Регистрация по запуску используется для измерения, включающего фиксированное число выборок, начиная с момента времени, выбранного программным обеспечением или электрическим сигналом, для синхронизации с измеряемым событием. Это особенно полезно, когда синхронизация измеряемого события также контролируется, например, в случае настройки переключателя или модулятора, изменения установки аттенюатора или блокирования сигнала на входе усилителя или реконфигурируемого мультиплексора ввода-вывода (ROADM). Поскольку обеспечивается  запоминание 1 миллиона выборок на порт, обычно достаточно одного измерения с регистрацией данных. Несколько портов прибора позволяют с легкостью наблюдать, например, за всеми портами вывода переключателя во время реконфигурирования. С помощью этого метода могут быть проведены измерения времени переключения, времени дребезга контактов или переходных характеристик оптических усилителей, описанные в стандарте IEC 61300-3-21.

3.JPG

 

Непрерывная регистрация полезна для записи событий с непредсказуемым распределением по времени, а также для захвата очень большого числа выборок. Типичным применением может быть измерение переходных потерь, описанное в стандарте IEC 61300-3-28, при котором контролируется изменение уровня оптической мощности  из-за механических повреждений оптоволокна. Этот метод может быть запрограммирован с использованием вышеупомянутой функции измерения с регистрацией данных и расширением, заключающемся в повторении полной  регистрации последовательности несколько раз. Для такой реально-временной обработки в процессе сбора данных полезным является многопотоковое программирование, позволяющее избежать прерывания потока данных, теперь поддерживаемое средой графического программирования VEE (версия 9.0 или более поздняя) компании Keysight.

 

Более детальную информацию можно получить обратившись к реомендациям по применению № 5990-3710EN: Making Transient Optical Power Measurements with the N7744A and N7745A Multiport Optical Power Meter (Измерения быстро изменяющихся уровней оптической мощности с помощью многопортовых измерителей оптической мощности N7744A и N7745A).