Siglent etusivulle linkki       Bode Plot (FRA) SDS2000X HD


Siglent SDS2000X HD sarjan  oskilloskoopeissa on vakiona monipuolinen ja suorituskykyinen BodePlot (FRA)



Bode Plot (FRA eli Frequency Response Analyse), on myös SDS1004X-E, SDS2000X-E, SDS2000X HD, SDS5000X, sekä SDS6000A malleissa.

SDS 1k ja 2k X-E malleissa on hiukan erilainen versio lähes samoin ominaisuuksin.

On hyvä myös tutustua  SDS2000X Plus mallin Bode Plot ominaisuuksiin. Toiminnot ovat erittäin paljon samanlaiset.

Pieni alkuopastus SDS2000X Plus mallin Frequency Response Analysing eli Bode Plot toimintoon. Askel askelelta asetukset (valikot)
(SDS2000X HD asetusvalikot/toiminnot ovat jokseenkin samat)



BodePlot toiminnossa oskilloskoopin ohjaama signaaligeneraattori pyyhkäisee (askeltaa) Bode Plot toiminnon ohjaamana. Ulostulosignaali syötetään tutkittavan laitteen/piirin sisäänmenoon sekä sama signaali otetaan myös referenssiksi oskilloskoopin referenssi sisäänmenoon. Tutkittavan laitteen ulostulo tuodaan oskilloskoopin sisäänmenoon joka on määritelty tutkittavan laitteen ulostulo signaalille. Oskilloskooppi piirtää tutkittavan taajuusvasteen sekä vaihe-eron. (Siglent BodePlot on 3-kanavainen joten tutkittavasta piiristä saadaan enintään kolme signaalia BodePlot sisäänmenoihin joista jokasesta saadaan taajuus- ja vaihevaste data ja sitä vastaava piirros) 

-Maksimi taajuusalue 10Hz - 120MHz ellei generaattori rajoita maksimitaajuutta.
-Maksimi askelten määrä 500, Minimi 10.
-Minimi span (pyyhkäisyn leveys) 500Hz
-Maksimi, koko taajuusalue.
-Pyyhkäisy voi olla logaritminen tai lineaarinen.
-Samanaikaisten mittauskanavien määrä max 3 sekä yksi referenssikanava joka on (yleensä) sama kuin tutkittavan piirin sisäänmeno.
-Dynamiikka. Katso testi jäljempänä.
-BodePlot data on saatavissa .CSV muodossa joka on täydellä resoluutiolla sekä taajuuden että tason sekä vaiheen osalta. Näytöllä on käytteävissä  data taulukko jossa resoluutio on alhainen.
-Näyttöasetukssista riippumatta BodePlot käyttää sen koko signaalin tasoaluetta. (eli jos jotain jäi kuvan ulkopuollele se ei leikkaudu kuten oskilloskoopin normaalilla näytöllä (kunhan automaattinen tasonsäätö on käytössä)
-Kohinataso on tyypillisesti alle -85 ... -90dBm (Katso dynamiikkaan liittyvät kuvat alempana.)




Perusominaisuuksia.


BodePlot vaatii signaaligeneraattorin jota oskilloskooppi kontrolloi automaattisesti. (FRA käytön aikana generaattorin kaikki ohjaus tapahtuu vain oskilloskoopin toimesta)
Soveltuvia malleja ovat SDS2000X HD mallin sisäinen sekä myös kaikki Siglent Arb/Funktio stand alone generaattorit. SDS2000X HD mallin sisäinen generaattori on 1-kanavainen ja taajuusalue (sini) max 25MHz.

Jotain etua voi joissain erikoistilanteissa syntyä mikäli käyttää ulkoista 2-kanavaista signaaligeneraattoria. Tällöin referenssiä ei tarvitse kaikissa tilanteissa haarottaa jolloin on helpompaa toteuttaa impedanssisovitus sekä myös mahdollisia muita toimintatapoja, kuten esimerkiksi taajuutta muuttavien piirien tutkiminen.

BodePlot toiminto tukee pyyhkäisyjä taajuusvälillä 10Hz - 120MHz  (käytetyn generaattorin maksimi voi rajoittaa ylärajaa tuota alemmas.)

Pyyhkäisy on askeltava (hyppivä) ja maksimi taajuuspisteiden määrä on nykyisin 501 (500 askelväliä).

Pyyhkäistävän alueen leveys (Span) minimi on 500Hz ja maksimi 119,999990MHz eli kapeimmillaan 1Hz resoluutio joka riittää myös erittäinkin kapeiden ja jyrkkien filttereiden tutkintaan.

Taajuuden pyyhkäisy voi olla joko lineaarinen tai logaritminen (Frequency Mode: Linear,  Decade)
-Linear moodissa valitaan taajuus pisteiden määrä välillä 10 - 501, taajuusalueen keskikohta sekä kaista (span)
-Decade (Log) moodissa valitaan taajuusalueen alkupiste sekä loppupiste, taajuuspisteiden määrä dekadia kohden (siten että pyyhkäyvälillä on maksimissaan noin 500 näytettä ja minimissään 2 näytettä dekadia kohden.).

Hauska yksityiskohta, jos määrittää 500Hz logaritmisen pyyhkäisyn alkaen 10MHz ja siitä 500Hz ylöspäin on pisteiden määrä dekadia kohti 2299338048pts/decade. Pitää kuitenkin muistaa, oli pyyhkäisy kuinka leveä tahansa maksimi pisteiden määrä on 501.

Pyyhkäisy voi olla oletusarvoisesti vakio amplitudilla tai voidaan määritellä amplitudiprofiili. Asettelu tehdään taulukkoon jossa maksimissaan 10 tajuus-taso paria. Laite interpoloi tason annettujen pisteiden välillä..
Maksimi pyyhkäisytaso joka BodePlot valikossa voidaan asettaa on 31.58dBm (50ohm) joka vastaa 24Vp-p. Sitä kuitenkin rajoittaa käytetyn generaattorin maksimi.  Esim. SDS2000X HD oman generaattorin maksimi on 13.5dBm.

Pyyhkäisy voi olla asetuksista ja tutkittavasta riippuen joskus hyvinkin hidas. Se johtuu osin monista luonnollisista seikoista johtuen toimintaperiaatteesta. Mikäli olisi erillinen HW joka on suunniteltu nimenomaan nopeaa FRA varten toki nopeus voisi olla aivan toisilla dekadeilla.

 

Miltä yleisesti näyttää skoopin ja generaattorin sekä tutkittavan kytkentä.

Scope-DUT-Generator-for-BP
Kuva 1.
Yleiskuva yksinkertaistetusti signaalien kytkennän periaatteesta.
Tapoja on  kaksi.  Generaattorilta yksi kanava tai kaksi kanavaa.
Kun käyttää SDS2000X HD sisäistä generaattoria on siinä 1 kanava eli kuvan ylemmän osan mukainen kytkentä.
Ylemmässä kuvan osassa generaattori on nyt oskilloskoopin sisällä.

Huomaa että audiotaajuuksilla genikseltä tutkittavalle (DUT) ja skoopille tuotavan signaalin kaapelointi on kokolailla yhdentekevää kunhan huolehtii ettei kaapelointiin indusoidu häiriöitä. Sen sijaan korkeilla taajuuksilla mitä ylemmäs mennään sen vaativampaa on  T haaroitus kytkennän impedanssisovittaminen oikein ja hiukan vaativammissa tapauksissa on käytettävä asianmukaista splitteriä. Lisäksi huomioitava kulkuaikaero mikäli halutaan vaihetiedosta edes jotenkin tarkkaa. Jos haluaa tehdä tarkahkoja mittauksia se on syytä ajatella huolella. Hyvälaatuisen oikean splitterin käyttö on myös tietenkin  suositeltavampaa kuin yksinkertaisen T haaroituksen, tälläin kuitenkin on myös huomioitava splitterin vaimennus. Tähän sopii se "garbage in - garbage out" aika hyvin.  Kun haluat tasot ilmaistuna oikein on huolehdittava myös siitä että BodePlot asetuksissa annetaan oikea impedanssi.


Mikäli käytetään kaksikanavaista genraattoria, esim SDG1000X tai muita ylempiä malleja, voidaan käyttää myös kuvan alaosan 2-kanava kytkentää tai ylempänä olevaa 1-kanava kytkentää.
2-kanava kytkennässä on ennen BodePlot käynnistystä asetelttava generaattori Tracking tilaan jossa kanava 2 on orjakanava joka seuraa kanavaa 1 taajuuden, tason ja vaiheen osalta eli identtinen signaali. Tässä on erityisesti se etu että DUT input ei kuormita referenssilinjaa eikä aiheuta siihen tasomuutoksia johtuen huonosta sovituksesta yms eikä myöskään T haaroitus aiheuta "sotkua" signaaliin joka ylemmillä taajuuksilla on lähes väistämätöntä ainakin yksinnkertaisessa T haaroituksessa. Tällöin myös pelkkää DUTout tasoa mittaava toimintatapa on tarkempi. Huomaa että myös kaksikanava käytössä kun halutaan edes kohtuullisen tarkkaa vaihe-eroa mitata tulee molempien signaaliteiden kulkuaika olla sama. Samoin oskilloskoopissa on silloin hyvä käyttää kanavaparia joka käyttää samaa AD muunninta. Siis joko Ch1/Ch2 TAI  Ch3/Ch4.
Kaksikanavainen käyttö mahdollistaa myös DUT in sekä Ref in ajamisen eri tajuudella jolloin on mahdollisuus testata taajuutta siirtäviä piirejä.


Vaihetarkkuus ja paljonko on vähän vai onko sekin paljon.

Tyypillinen koaksiaalikaapelin kulkuaika on 50Ω PE eristeiselle kokasiaalikaapleille kuten tavis RG58 tai paljon parempi RG223.. Nopeuskerroin noin 0,66.
Joka käytännössä tarkoittaa että metrin pituisen kaapelin kulkuaika on noin 5 ns. 1cm kaapelia vastaa tällöin  0,05ns eli noin 50ps.

Yksinkertainen esimerkki. 100MHz siniaalto. Jakson aika on 10ns. Se on siis aika jonka kuluessa pyörähdetään 360 astetta.
Yhden asteen se kääntyy 27,77 ps aikana. Siis 100MHz taajuudella vaihe siirtyy RG223 kaapelissa yhden asteen noin 5,5mm matkalla.
Siksi niiden kaapelien kulkuajalla on väliä. Toki 100MHz luokassakin asiat on sentään kohtuuhelppoja. GHz taajuuksilla asiat olisi paljon kinkkisempiä. 50MHz taajuudella jakson aika tietenkin sitten 20ns.
Kun sweeppaat BodePlotilla siten että DUT on pelkkä metrin pituinen kokasiaali (siis 5ns viivelinja)  ja vaikkapa 100kHz -  50MHz saakka näet jokseenkin tasaisen tason ja alussa lähes 0 vaihe-eron mutta taajuuden noustessa vaihe-ero kasvaapäätyen noin 91 asteeseen 50MHz taajuudella.
Luonnollisesti kun jaetaan taajuudet tuhannella ja siirrytään 100kHz  taajuudelle  onkin 1 asteen vaihesiirtoa vastaava matka 5,5 metriä joten matalilla taajuuksilla ei juuri huolta kannata kantaa kaapeleiden kulkuajasta ja sen aiheuttamasta vaihesiirron virheistä.
Yhteenveto:
Audiotaajuuksilla useinmiten työpöydän alueella pysyttäessä kaapeleiden kulkuaika = "So what". 
Radiotaajuuksilla sensijaan taajuudesta riippuen joskus hyvinkin tarkkaa.



SDS2000X HD BodePlot mittausten dynaaminen alue.

Ihan ensin voi sanoa. Se on hyvä! Se on uskomattoman hyvä.

Dynaamisella alueella tarkoitetaan tässä sitä tasoeroa joka voi olla mitattavalla taajusvälillä suurimman ja pienimmän tason välinen ero.  Näin se olisi helppoa sanoa. Jos sanoisin 140dB en ainakaan paljoa totuutta venyttäisi.
Kuitenkin on hyvä katsoa asiaa edes hitusen tarkemmin.
Meillä on kaksi rajaa.
Alaraja. Alhaalla on kohinaraja tai paremminkin kohinan yläpuolella sellainen raja jossa kohinan aiheuttama mittausepätarkkuus on hyväksyttävissä. Taas tuli venyvä käsite  -- mikä on hyväksyttävissä. Kohinaraja on kuitenkin sitten se vihonviimeinen seinä. Siellä oltaessa mitattu taso on kohinaa ja emme voi erottaa signaaliamme sieltä lainkaan.
Yläraja. Oskilloskoopin ylin jännitealue on 10V/div. Kun näyttöaluetta ei ylitetä niin maksimi jännite on 80Vpp.
Yläraja 80Vpp vastaisi 50ohm järjestelmässä tasoa 42dBm. Pudotetaan siitä tuo 2dB pois ja "sovitaan" että yläraja on 40dBm joka siis on 10W teho.  Sellaisen käyttö edellyttää ulkoista vähintään 10W 50ohm feed thru päätevastusta.
Oskilloskoopin oman 50ohm tulon ehdoton yläraja on 1/2W eli 27dBm mutta BodePlot käytössä tulee vastaan raja alempana koska Siglent on rajannut 50ohm tulojen kanssa max 1V/div asetuksen. Näin ollen max on luokkaa 8Vpp joka vastaa 22dBm tasoa. Tätä isommat tasot edellyttävät ulkoisen 50ohm kuorman käyttöä.

Dynamiikka 0dBm tasosta alaspäin. Testituloksia alempana.
Dynamiikka aluetta on 0dBm tasosta ylöspäin siis max 40dB.

 

BodePlot toiminnolla ei voi tutkia sellaisia piirejä joissa piiri muuttaa tulevaa taajuutta(1). Tutkittavan piirin/laitteen lähtötaajuus tulee olla sama kuin tulotaajuus. Tämä johtuu siitä että BodePlot toimii selektiivisen vastaanottimen periaatteella. Kun genaraattori askeltaa taajuutta myös BodePlot tulon ("vastaanotto") taajuus muuttuu. Selektiivisyys ei ole kytkettävissä pois.  Tuosta selektiivisyydestä hiukan lisää alempaana.

(1) Tähän on poikkeus. Mikäli käytetty signaaligeneraattori on kaksikanavainen ja se sallii tarvittavan toimintatavan sekä lisäksi se silloin edellyttää että kytkentä tehdään 1 kanava generaattorin tapaan. 
Nimittäin, kun bode plot komentaa generaattoria se aina olettaa että geneaarrorissa on yksi kanava, CH1 josta ulos tulee se mitä BP pyytää. Kaksikanava kytkennässähän laitoit toisen generaattorin kanavan toimimaan toisen orjana eli BP toimintohan ei tiedä signaalien tulevan eri kanavista. Tehdäänpäs sitten pieni jippo. Asetetaan se toinen kanava taajuus offsettiin siihen CH1 nähden jota BodePlot ohjaa. Mutta ei BodePlot tiedä sitä. Viedään sieltä CH 2 tuleva taajuus tutkittavaan. Kun tutkittava sitten muuttaa sen taajuuden sellaiseksi mitä BodePlot odottaa, eihän Bode Plot tiedä sitä.
Esimerkki. Mikseriin tuodaan Kiinteä LO 10MHz.  Sitten sinne tuodaan RF In 19 - 24MHz. Jolloin ulos saadaan 9 - 14MHz (alempi sekoitus). Nyt halutaan katsoa taajuusvaste kun RFin sweeppaa. Asetetaan Generaattorin 2 kanava +10MHz offsettiin Ch 1 nähden. Tuodaan se Ch2 siihen RFin tuloon ja otetaan se IF out sieltä BodePlot sisäänmenoon. Bode plot laitetaan sweeppaamaan 9 - 14MHz mutta generaattori CH2 sweeppaakin 19 - 24MHz  ja ulos tulee mikseristä 9 - 14MHz ja sitähän Bode Plot odottaakin kuulevansa.
Edellyttää että Generaattorissa on 2 kanavaa joista 2 kanavan voi asettaa haluttuun taajuus offsettiin seuraamaan kanavaa 1. Siglentin SDG1000X, 2000X ja 6000X voivat näin toimia.





BodePlot toiminnot ovat toiminnallisesti käytännössä hyvin pitkälti samat malleissa SDS2000X Plus, SDS2000X HD, SDS5000X sekä SDS6000A.

Mallisarjan SDS1000X-E BodePlot on edelleen toiminnallisesti melko lähellä mutta käyttöliittymän/valikkojen osalta ero on suuri.


SDS2000X HD mallin sisäinen Arb/Funktio generaattori  on taajuusalueeltaan 25MHz.
Sen maksimi signaalitaso on +/-3V Hi-Z  ja +/- 1,5V 50Ω joka on sama kuin 13.5dBm
Kaikissa seuraavissa esimerkeissä ja testeissä olen kuitenkin käyttänyt ulkoista generaattoria ellen ole asiasta erikseen maininnut.

Kuvanumerot 2 - 11 eivät ole käytössä tässä.


Kuva 12.
Tämä on siis SDS2000X HD malli.  Yksinkertainen esimerkki aluksi.
Kuvassa tutkittavana on kohtalaisen hyvä  84.050kHz kideresonaattori. Taajuusalueen leveys (Span) on tässä 500Hz. Taajuus muuttuu 1Hz joka asekellella. Tämä on SDS2000X HD BodePlot raja. Minimi span 500Hz ja maksimi askelmäärä 501. Tässä esimerkissä pyyhkäisy on lineaarinen.

Signaaligeneraattorin tasoksi on BP konfiguroinnissa asetettu 3dBV eli noin 4Vpp.
Kanava 4 on resonaattorin lähdössä. Kanavat 2 ja 3 ovat ilman signaalia ihan vaan ajatuksena antaa kuva BP kohinatasosta. Samalla se juoruaa myös hiukan ylikuulumista. Kuten näkyy resonanssipiikin kohdalla kohinatasossa naapurikanavilla näkyy tason nousu. Mutta on se silti yli 126dB etäisyydellä piikistä. Tässä pitää huomauttaa että ylikuulumiseen vaikuttaa aivan olennaisesti taajuus. 100MHz on tässä asiassa aivan eri kuin 100kHz.

Dynamiikkaa olisi enemmänkin kuin mitä tässä tuo tutkittava mahdollistaa. Tässä noiden ääripäiden väli on noin 106dB luokkaa.  Yläpäässä tulisi raja vastaan 29dBV tuntumassa ja alapäässä jopa noin -113dBV tuntumassa (alapään osalta vaikuttaa sekä taajuusalue että se kuinka paljon hyväksymme kohinan vaikutusta tason tarkkuuteen).

Luonnollisesti mittayksikköinä voi käyttää muitakin kuin dBV. Käytettävissä on Vout/Vin: dB sekä Vout: Vpp, Vrms, dBV, dBu, dBm sekä arbitrary dB.
dBm osalta oletusarvoinen impedanssi on 50Ω mutta se on myös käyttäjän saäädettävissä välillä 50Ω - 100kΩ. Muilla kuin 50Ω asetuksilla käyttäjän tulee huolehtia oikeasta sovituksesta ulkoisesti esimerkiksi sopivaa ulkoista päätevastusta käyttäen uskilloskoopin tulossa.

dBm 50Ω asteikolla mittausten alaraja on taajuudesta ja tasotarkkuusvaatimuksesta riippuen noin -100dBm - -80dBm ja vastaavasti yläraja 22dBm käytettäessä oskilloskoopin sisäistä 50Ω tuloimpedanssia. Ulkoisella 50Ω kuormalla 42dBm (kun tulojen "probe" kerroin on 1x jolloin max mittatava Vp-p on ≤80V)  Kohinataso on alhaisimmillaan noin 50kHz - 1MHz välillä joka onkin varsin sopiva esimerkiksi jos ajattelee tavallisia usein 450kHz tuntumassa olevia välitaajuus suotimia. 


Tässä on nyt hyvä muistuttaa siitä että kun tässä mallissa ADC on 12 bittinen ja edellisten kuvien SDS2000X plus mallissa 8 bittinen niin dynamiikkaan se ei oikeastaan vaikuta silloin kun automaatinen tasonsäätö on käytössä. Ero on resoluutiossa! Se että HD mallin tuloasteiden kohina on edelleen hiukan alempi se sensijaan antaa pikkiriikkisen lisää myös dynamiikkaa.

Tämän 84kHz resonaattoriesimerkin asetuksissa oli käytetty luonnollisesti AUTO asetusta tason osalta eli BodePlot säätää taajuuspyyhkäisyn aikana kanavien herkkyyttä jatkuvasti ja automaattisesti. Esimerkiksi tässä pyyhkäisyssä näytti maksimissan käyttävän 10V/div ja minimissään 3mV/div.
Mikäli mittaa sellaisia kohteita joissa ei tarvita tallaista dynamiikkaa on mahdollista asettaa tasot myös HOLD tilaan jolloin automaattista tasonsäätöä ei ole. Tälläin, kuten muissakin Siglentin malleissa BodePlot pyyhkäisy on jonkun verran nopeampi koska tasonsäätö jää pois. Tasohan on (Channel Gain) AUTO toiminnossa tarkastettava ja tarvittaessa  säädettävä jokaikisen taajuusaskelen kohdalla koska jokasella askelella on mahdollista olla maksimaalinen tason muutos!


Siglentin BodePlot mittausdynamiikka on varsin hyvä. Se tulee melko hyvin esiin seuraavassa testissä.
Testi on tehty tyypillisten välitaajuusfilttereiden taajuudella. Niiden osalta ollaan usein kiinnostuneita muiden seikkojen lisäksi estokaistan vaimennuksesta jolloin tulee päästä riittävän "syvälle".
Tietenkään tämän ei ole tarkoituskana kilpailla siihen tarkoitukseen paremmin sopivien kalliiden analysaattoreden kanssa. Siitä huolimatta tällä pääsee aika pitkälle.


Kuten aiemminkin olen kertonut Siglent BodePlot käyttää taajuus selektiivista mittaustapaa. Sen lisäksi käytetään myös muita keinoja mittaustarkkuden ja dynamiikan parantamiseen.
Sen hahmottamiseksi mikä on oskilloskoopissa paljon ja mikä vähän...


Kuvissa esiintyviä dBm testitasoja vastaavat jännitearvot.
Kaikissa dBm arvoissa impedanssi 50 Ω
Huomaa että joissain testitapauksissa oskilloskoopin tulo on 1 MΩ vaikka onkin käytössä mittayksikkönä dBm.
Näissä tapauksissa mittausteknisistä syistä on käytetty ulkoista 50 Ω sovitusta ellei ole muuta erikseen manittu.

   0 dBm   632.5 mVpp 223.6 mVrms

 -60 dBm   632.5 µVpp 223.6 µVrms
 -65 dBm   355.7 µVpp
 -70 dBm   200.0 µVpp  70.7 µVrms
 -75 dBm   112.5 µVpp
 -80 dBm    63.2 µVpp  22.4 µVrms
 -85 dBm    35.6 µVpp
 -90 dBm    20.0 µVpp   7.07 µVrms
 -95 dBm    11.2 µVpp
-100 dBm     6.3 µVpp   2.24 µVrms
-105 dBm     3.6 µVpp




Seuraavat testit on tehty siten että step attenuaattori on tutkittava laite ja sille tulee 0dBm signaali. Attenuaattorin kulkuaika on käytännössä sama vaimennustasosta riippumatta (step attenuaattorina käytetty HP 33321SD+33321SC pari, max 145dB)

Signaaligeneraattorina on käytetty SDG1000X sarjan generaattoria.

Pyyhkäisyn alussa vaimennus on kulloinkin mainittu ja sitten keskiosassa  0dB vaimennus jonka jälkeen takaisin mainittuun vaimennukseen.

Mielestäni tämä on melko luotettava tapa mitata ja arvioida dynamiikkaa koska tässä tiedetään riittävällä tarkkuduella ja luotettavasti todelliset tasot (jotka olen muullakin tavoin tarkistanut).  Toki erilaisilla filttereilläkin voisi testata mutta niiden ominaiosuudet pitäisi silloin tuntea varsin tarkoin, mistäpä sellaisia "referenssi" filttereitä edes saisi. Myös sovitukset yms oltava kunnossa.

Kuvien sininen viiva on vaihe ero referenssisignaalin (tässä referenssikanava on Ch1)  ja tutkittavan välillä. Tietenkin vaihetieto on kohinainen matalilla tasoilla. Paljonko tarkalla vaiheella on estoalueella merkitystä jos jotain esim IF filsua tutkii. Lisäksi kuvissa on vapaita kanavia käytetty kertomaan missä on varsinainen pelkkä kohinataso.

Dynamiikan ilmoittaminen on melko subjektiivista - paljonko hyväksymme kohinaa? Esim. kun R&S ilmoittaa erään oskilloskooppimallinsa FRA dynamiikaksi 70dB alas 0dBm tasosta, ei ole ilmoitettu kohinatasoa.  Sama Keysight kanssa joka mainostaa vastaavasti 80dB alle 0dBm tason kertomatta sille mitään kriteerejä.


Tässä testissä on käytössä jatkuva automaattinen tulokanavien tason säätä (Channel Gain: Auto)

Alla on kuvat -85, -90, -95, -100 ja -105dB tasoilta (eli tuo dB lukuarvo alle 0dBm tason.)
Huom, kuvissa oleva keltavihreä Ch3 osoittamassa kohintasoa  500 µV/div asetuksella. Normaalikäytössä sitä ei tietenkään tarviota hidastamassa.
(Kohinataso on jokseenkin sama myös käytettäessä 1mV tai 2mV/Div. 5mV/div nostaa sitä jo silminnähdenkin selvästi)


Kuva 13
-85dB




Kuva 14
-90dB



Kuva 15
-95dB



Kuva 16
-100dB
Huomautan tässäkin että tuo -100dBm viiva on todellakin signaalitasoa 2,24 µVrms (6,3 µVpp)!
Se siis kaivetaan esiin kohinan seasta ja mitataan - joka taajuus askelella.



Kuva 17
-105dB
 
Itse hyväksyisin väittämän 100dB dynamiikasta alaspäin 0dBm tasosta.
90dB alaspäin 0dBm tasosta on kelvoillinen jo varsin tarkoillekin mittauksille ja 85dB 0dBm alapuolella on jo vaihekin aika tarkkaa (suht.)
Toki jonkun filtterin pohjat voisi aikalailla vielä -105dB tasoltakin silmämääräisesti arvioida erityisesti jos käyttäisi katko menetelmää jossa katkoo signaalia siellä estoalueella jolloin nälkee minne mennään ilman signaalia.
Nämä on senverran kovia lukuja että passaa varsin tarkoin miettiä että oikeasti kuuntelee filsun läpi tulevaa eikä ohi kulkevaa ;) nimittäin kyllähän tuokin taajuus varsin helposti ylikuuluu jonka vuoksi pohjat voi olla ihan jossain muuala kuin sitten kun "ohivuodot" on tukittu.

Ja jottei asiaan jää mitään epäselvää niin eihän tuo suinkaan ole koko dynamiikka. Onhan meillä tasot 0dBm yläpuolellakin. Jos vertailutasona olisi 20dBm niin sitten vaan lisästään dynamiikkaan 20dB. Kuitenkin kun signaalitasot nousee pitää huomioida että ne sitten myös ylikuuluu(!) myös skoopin sisällä. Siksi referenssikanavaan voi olla tarve vaimentaa signaalia ja ottaa vain tutkittavan sisäänmenoon se isompi taso. Tulos silloin tietenkin Vin/Vout sijasta Vout.
Nuo vaativat yleensä aina jonkun verran mietintätarvetta ennen käsien heiluttelu jotta lopputulos olisi kelvollisempi.


Tässä vielä laajempi kuva Bode Plot pohjakohinan tasosta yli taajuusalueen 10Hz - 60MHz alueen. (huomaa että SDS2000X HD sisäisen generaattorin kanssa maksimi on 25MHz)


Kuva 17a.450kHz
Tuloihin ei ole tässä kytketty mitään ja kanavien BW 200MHz.  Tässäkin huomataan että tuo tavallisten IF filttereiden 450kHz alue on matalimman kohinan alueella. Kuvasta voi yhdessä 455kHz testikuvien kanssa itse arvioida dynamiikan rajoja muilla taajuuksilla.




Tässä seuraavassa testiosassa tulokannavien V/div on vakio. (Channel Gain: Hold)

Mikäli haluaa hiukan nopeampaa pyyhkäisyä eikä mittauksessa tarvita maksimaalista dynamiikkaa voi tasonsäädön asettaa Hold tilaan.

Tällöin se säilyttää  oskilloskoopin tulokanavien V/div asetuksen siten kuin se oli ennen BodePlot avaamista. Kun BodePlot on valittuna ei tasoja voi enää säätää manuaalisesti. Siksi on ensin hyvä varmistaa manuaalisesti tutkimalla tai muuten tietäen mikä on maksimi signaalin voimakkuus kuhunkin tulokanavaan ja asettaa V/div siten että maksimi tasokin pysyy näytön alueella (max 8div) jotta se ei leikkaa.

Esimerkiksi. Mikäli signaali on maksimissaan 2dBm (0.796Vpp) voidaan asettaa 100mV/div ja 50Ω. Kun asetetaan BodePlot Channel Gain: HOLD  pysyy tuo V/div kun BodePlot ei sitä säädä mittauksen kuluessa.

Tällä asetuksella saadaan kuitenkin 500kHz alueella dynamiikka alue 2dBm - -70dBm ja enemmänkin mikäli sallitaan enemmän kohinaa siellä alimmalla tasolla. Näin 10kHz pyyhkäisy 455kHz keskitaajuutena ja askelvälillä 100Hz kestää noin 25s. (Vastaavasti 55s Channel Gain: AUTO asetuksella jossa myös tasot ja vaihtelut vaikuttaa nopeuteen)
Nopeuteen (vai olisiko parempi sanoa hitauteen...)  vaikuttaa myös käytetty Siglent generaattori sekä sen liäksi käytetty kommunikointi, USB tai LAN.

Seuraavat kuvat antavat suuntaa dynamiikasta kun Channel Gain: HOLD on käytössä ja signaalin maksimi on 0dBm (tällä asetuksella maksimi tulotaso olisi 2dBm)

Huom, kuvissa oleva vihreä Ch2 kohinataso vastaa 100mV/div kohinatasoa joka on vallitseva tässä testissä. Näissä on lisäksi keltavihreä Ch3 osoittamassa kohintasoa silloin jos käytetään  500 µV/div asetusta


Kuva 18.
-60dB



Kuva 19
-65dB



Kuva 20
-70dB



Kuva 21.
-75dB
Huomautan tässäkin että tuo -75dBm viiva on todellakin signaalitasoa  39,8 µVrms (112,5 µVpp)!
Nyt tässä tapauksessa tulokanavan 4 asetus on 100mV/div. Se taso siis kaivetaan esiin kohinan seasta ja mitataan - joka taajuus askelella.
Kuvitellaanpa että 100mV/div täysi skaala olisi tasan 800mVpp (oikeasti on hiukan yli). Nyt meillä on 12 bittinen AD muunnos ja ajatellaanpa ihan vaan ideaali muunninta. Mikäli siis 12bittisen koko skaala olisi 800mV niin yksi askel vastaisi tällöin 195,3 µV (800mV/4096).  Nyt kuitenkin tässä mitataan 112.5 µVpp (-75dBm) niin että edelleen melko varmasti tiedetään onko se -72 vai -78dBm tjsp. Mennään siis oikein reippaasti yli AD muuntimen "resoluution".



Kuva 22.
-80dB



Kuva 23.
-85dB


Itse hyväksyisin väittämän 75-80dB dynamiikasta alaspäin 0dBm tasosta silloin kun Channel Gain on Hold ja valittuna 100mV/div.
70dB alaspäin 0dBm tasosta on kelvoillinen jo varsin tarkoillekin mittauksille ja 60-65dB 0dBm alapuolella on jo vaihekin aika tarkkaa (suht.)

Huomaa lisäksi kuvan 21. alla oleva selitys.

Molemmilla Channel Gain asetuksilla tulos dynamiikan osalta on mielestäni häkellyttävän hyvä.


Channel Gain: AUTO asetuksella saadaan siis huomattavasti lisää dynamiikkaa mutta nopeuden kustannuksella.
Tietenkään ei kannata pitää noita ylimääräisiä kanavia BodePlot käytössä mikäli halutaan optimoida nopeus varsinkin Channel Gain: AUTO asetuksella.

Vertikaaliasteikon voi luonnollisesti asettaa haluamakseen välillä 0.1 - 20dB(m)/div  (SDS2000X Plus mallissa ei toistaiseksi ole esimerkiksi 10db/div ja 20dB/div väliarvoja 1dB portain kuten tässä HD mallissa. Tulevissa FW versioissa asia voi olla toisin?)

Kuten on moneen kertaan tullut todettua Siglentin BodePlot (FRA) on taajuus selektiivinen. Kuuntelee taajuutta jota generaattori tuottaa (tietenkin sillä on joku kaistaleveys) jolloin esimerkiksi tutkittavan laitteen kehittämät harmoniset tai epäharmoniset eliminoidaan tehokkaasti ja samoin tietenkin kun kaistaa kavennetaan kohinat putoaa. Se ei kuitenkaan tässä riitä. Sen lisäksi kullakin taajuudella kuunnellaan hetki jolloin saadaan keskiarvoa... matalilla tulotasoilla vaihe-eron selvittäminen on ymmärrettavästi myös varsin haasteellista.

Yksityiskohtaisena esimerkkinä: Taajuusvälillä 200kHz - 500kHz käytetään filtteriä jonka -3dB leveys on noin 10kHz ja -80dB leveys noin 28kHz.  Tuon filtterin keskitaajuutta muutetaan tietenkin pyyhkäisyn aikana vastaamaan kulloistakin taajuutta. Kullakin taajuusvälillä on suhteellisesti saman kaltainen filtteri. Seuraava taajuuväli on 500kHz - 1MHz ja seuraava 1MHz - 2MHz jne... saman tapaan alemmilla taajuuksilla. Poikkeuksena 10Hz - 200Hz väli joka ajetaan alusta loppuun yhdellä filtterillä. On selvää että kun oskilloskoopin kaistaleveys on esim 100 tai 500MHz ja sitä sitten luetaan yhdeltä taajuudelta esim 10kHz leveän ikkunan läpi niin eihän se ihme ole jos kohinataso on "hiukan" alempana kuin oskilloskoopin normaalissa käytössä. Sama tapahtuu myös esimerkiksi spektrianalysaattoreita käyttäessä. RBW kapeammaksi ja kohinataso laskee.


Ajatellaanpa sitten matalimpia taajuuksia jolloin tämä muuttuu todella hitaaksi.
10Hz taajuudella BodePlot ajettaessa oskilloskooppi käyttää 100k muistin pituutta ja 100ms/div nopeutta. Yksi paljas oskilloskoopin pyyhkäisy vie 1 sekunnin. Sen lisäksi siitä FFT ja sen lisäksi sitten useampi peräkkäinen vastaava ennen kuin siirrytään seuraavaan taajuuteen. Tätä samaa nopeutta käytetään aina 200Hz saakka. Sen jälkeen 50ms/div ja siitä edelleen 500Hz saakka josta sitten jatkuu 1kHz saakka 20ms/div... jne.

Toivon että jonain päivänä Siglent lisäisi BodePlot toimintoon myös nopean pyyhkäisyn (joka toki sitten rajoittaa tarkkuutta ja dynamiikkaa).
Aika usein ainakaan tavallissa RC LC tyyppisissä filttereissa yms ei todellakaan tarvita kuin mitata 3dB pisteet ja mahdollisesti katsoa hiukan siitä alaspäin sitten miltä sen reunat näyttää. Jollain 30 - jopa lähes 50dB dynamiikalla homman voisi hoitaa varsin vikkelästi hyvin monissa tapauksissa sen ollessa aivan riittävä. 


Hiukan Bode Plot nopeudesta

Nopeuteen vaikuttaa monet seikat, toset enemmän, toiset vähemmän.
Nopeuteen vaikuttaa hyvin paljon tai jonkin verran käytety taajuusalue.
Matalilla taajuuksilla esimerkiksi alle 1kHz ja erityisesti alle 200Hz nopeus on - hidas.
Taustalla pyörii normaali time domain oskilloskooppi. Sen lisäksi BodePlot lukee sitä FFT analysaattorin tapaisesti. Kun Bode Plot taajuus on esimerkiksi alle 200Hz on oskilloskoopin t/div nopeus 100ms/div. Muistin pituus 100kpts ja 100kSa/s. Jotta kohinaataso saadaan alas (dynamiikkaa lisää ja tarkkuutta vaihetietoon) Yksi oskilloskoopin vaakapyyhkäisy kestää 1s. Ja tarkkuden parantamiseksi yksi pyyhkäisy yhtä taajusaskelta kohden ei riitä. Sen lisäksi siitä ajetaan FFT. (Bode Plot on taajuus selektiivinen, se ei suinkaan kuuntele koko kaisteleveydellä oskilloskoopin signaalia jotta kohinatasoa saadaan alemmas, dynamiikkaa lisää)
Myös käytetty generaattori ja sen kommunikointitapa vaikuttaa.

Kuten aiemmin todettu nopeuteen vaikuttaa olennaisesti myös se käytetäänkö Channel Gain Auto vai Hold toimintatapaa. Kun Automaattinen tasonsäätö  on käytössä tehdään tason säätöprosessi jokaisella taajuusaskelelella. Sekin ottaa aikansa.

Nopeuteen vaikuttaa myös se montako Bode Plot kanavaa on käytössä. Niitähän oli maaksimissaan kolme. (+referenssikanava eli DUT In kanava)
Tasonsäädössä (Auto) jokainen kanava säädetään koko ajan itsenäisesti. Mikäli tason säätö on Hold moodissa Bode Plot ei säädä kanavien herkkyyttä.



Seuraavassa pari nopeustestiä eikun siis hitaustestiä.

Tein sen käytännön tilanteessa tutkiessani erästä 455kHz tavallista "maailmanradio" tasoista AM filtteriä.(paljon parempi kuin tavan halvassa "lelu"matkaradiossa mutta kuitenkin varsin vaatimaton jos puhutaan oikeiden radioiden filsuista)
Tuo taitaa olla 6 elementtinen. 

Kaikissa allaolevissa neljässä testissä sama taajuus asetus. Keskitaajuus 455kHz, Span 50kHz sekä Points 501 jolloin yksi askel on 100Hz
Kaikissa allaolevissa testauksissa (kuvat 24 - 27) Generaattorina SDG1000X ja sen kommunikointi USB (LAN on hiukan hitaampi).
Laitteen sisäinen generaattori (SAG1021) on nopeampi kuin ulkoinen LAN liitännällä mutta hitaampi kuin SDG1000X USB liitännällä.



Kuva 24
Tässä Channel Gain: Hold
Kanavan 3 tasoksi valittu 100mV/div jolla 0dBm (50 ohm) mahtuu skoopin näyttöalueelle. (älä välitä kanavan 3 1M asetuksesta... sovitus filsuun on ulkona. )
Bode Plot piirtää vain yhtä kanavaa (kanava 3) Kanava 4 ei ole Bode Plot käytössä tässä.
Tässä dynamiikka riittää juuri tämän tasoiselle filtterille. Estokaistalla on jo kohinaa mukana mittauksessa mutta mainiosti hahmottaa missä mennään.
(Kuva 26 kertoo missä mennään pohjakohinaan nähden.)
Tulos: Yksi pyyhkäisy    1 min 38 s





Kuva 25
Tässä Channel Gain: Auto
Kanavan 3 tasoa säätää automaatti kunkin taajuspisteen mukaisen tason mukaan. (älä välitä kanavan 3 1M asetuksesta... sovitus filsuun on ulkona. )
Bode Plot piirtää vain yhtä kanavaa (kanava 3) Kanava 4 ei ole Bode Plot käytössä tässä.
Tässä dynamiikka riittäisi huomattavasti enempään kuin tällainen filtteri kykenee. (sen näkee parhaiten kuvasta 27)
Tulos: Yksi pyyhkäisy   5 min 58 s





Kuva 26
Tässä Channel Gain: Hold
Kanavan 3 ja 4 tasoksi valittu 100mV/div jolla 0dBm (50 ohm) mahtuu skoopin näyttöalueelle. (älä välitä kanavan 3 1M asetuksesta... sovitus filsuun on ulkona. )
Bode Plot piirtää kahta kanavaa (kanava 3 IF Filtteri) Kanava 4 on myös Bode Plot käytössä tässä, näyttämässä nyt vain pohjakohinan tasoa.
Tässä dynamiikka riittää juuri tämän tasoiselle filtterille. Estokaistalla on jo kohinaa mukana mittauksessa mutta mainiosti hahmottaa missä mennään.
Itseasiassa olennaisia asioita näkisi vielä vaikka estokaista olisi noin hiukan alempana.
Tulos: Yksi pyyhkäisy    1 min 38 s





Kuva 27
Tässä Channel Gain: Auto
Kanavan 3 ja 4 tasoa säätää automaatti kunkin taajuspisteen mukaisen tason mukaan. (älä välitä kanavan 3 1M asetuksesta... sovitus filsuun on ulkona. )
Bode Plot piirtää kahta kanavaa (kanava 3 IF Filtteri) Kanava 4 on myös Bode Plot käytössä tässä, näyttämässä nyt vain pohjakohinan tasoa.
Tässä dynamiikka riittäisi huomattavasti enempään kuin tällainen filtteri kykenee.
Itseasiassa olennaisia asioita näkisi vielä vaikka estokaista olisi reippaasti alempana.
Tulos: Yksi pyyhkäisy   9 min 50 s

Tein lisäksi aiva yksinkertaisen pikatestin. Sama kuin edellä Hold moodi, 1 kanava ja nyt taajuus 24MHz (vastaa kuvan 24 tilannetta)
Aika 55 s


Tässä seuraavassa mennään dynamiikan osalta sitten niinsanotusti "tappiin".


Kuva 28
Muuten perusjutut kuin aiemmissa vastaavissa.
Tokihan dynamiikkaa lisää löytyisi vielä hiukan mikäli filsua voisi ajaa isommilla tasoilla. Mutta on tuokin taso filsun ulostulossa on ihan reipasta...
Estokaistalla pyöritään -100dBm tasoilla. Tosin hiukan epäilen että ainakin jotain tuossa kulkee filsun ohi kun on hiukan sellainen legendaarisen Bop Peasen tyylinen risukasaviritelmä pöydän kulmalla.
Se kuitenkaan ei ole olennaista nyt vaan se että kuva kertoo milloin rajat ihan oikeasti tulee vastaan.
On ihan pakko sanoa että tavallisen oskilloskoopin Bode Plot tulokseksi kuitenkin aika kovaa luokkaa tässä sarjassa. Tuo tulos on ihan oikeasti kova.

Lisäsin hiukan suojausta ohivuotoa vastaan jotta mennään vielä enemmän BodePlot dynamiikan rajoille.
Asetukset joilla jotain varsinaista merkitystä ovat samat.


Kuva 29
Näkee että estokaistan taso on laskenut mutta aika paljon jää nyt arvailun varaan mikä menee filtterin läpi ja mikä on ohikuulumista. Ainoa minkä varmuudella voi sanoa on se että estokastan alueella yli 10kHz keskeltä kohinan keskiarvo on ylempänä kuin pohjakohina. Tässäkin kohden on ihan hyvä palauttaa mieleen se paljonko on vähän ja mistä laitteesta on kyse - tavallisesta oskilloskoopista.
Hahmotetaanpas hiukan mitä ne vähän ja paljon ovat.
Kun katsoo kuvaa ja hiukan pyöristää. Tuon estokaistan kohinan keskiarvon voisi ajatella olevan -110dBm tasoa tuossa vasemmalla puolella ja heitetään hihasta että pohjakohina olisi sitten -116dBm tasolla.
-110dBm vastaa jännitetasona noin 2µVpp (noin 0,71µVrms) signaalia
-116dBm vastaa jännitetasona noin 1µVpp (noin 0,35µVrms) signaalia
Tuolla tasolla Bode Plot on tietenkin säätänyt tulon 500µV/div asetukselle. Tällä asetuksella näytön korkeus vastaa 4mV (todellisuudessa AD muunnin hiukan yli)
AD muunnin on siis 12 bittinen eli 4096 tasoa. Jos olettetaan suuruusluokkahamotusta varten AD muuntimen sakaalan olevan tuossa 4mV ja askeleiden määrä 4000  niin tietenkin saadaan 1µV yhdeksi stepiksi.
Vaan kun sitten tulee vastaan kohina. 20MHz BW käytössä 500µV/div alueella oskilloskoopin kohina on suuruusluokkaa max 300µVpp ja noin 30µVrms.

Nyt kuitenkin Siglentin Bode Plot käyttää taajuus selektiivistä vastaanotinta mitatessaan DUT out kanavia, tässä kanavat 3 ja 4.  Tällä taajuusaluella on käytössä (suuntaa antava luku) 10kHz RBW filtteri jonka muotosuhde luokkaa alle 3. Se on "hiukan" kapeampi ja erittäin paljon jyrkempi kuin 20MHz kaistaleveys joka tässä oli käytössä. Noin nyrkkisääntönä voi sanoa että kun kaistaleveys kymmenkertaistuu niin kohina nousee 10dB. (Tuo skoopin 20MHz rajoitin taitaa olla sellainen 6dB oktaavi tjsp ja nyt sitten Bode Plot filtteri on ihan eri maailmasta.)
Ainakin teoriassa sillä pitäisi saada reilusti yli 30dB pudotus. Mukanahan on (ilmeisesti) myös jokin pieni keskiarvoistus.  Kohinajännitetason 30µVrms muutos tasoon 0.3µVrms olisi likiluokkaa 40dB. Tuossa nyt hiukan oiottiin mutkia mutta tarkoitus olikin vain hahmottaa suuruusluokkia.

Lopputulema kuitenkin kuvien 28 ja 29 osalta on se että jopa tällaisen filtterin ohi kuulumisen parantaminen oli havainnoitavissa vaikkakaan tuosta ei varsinaisia mittausarvoja saaa kuin silmämääräisesti arvioimalla. Tuota "eristystä" tehdessä pystyin kuitenkin seuraamaan mikä vaikutti hyvään suuntaan ja mikä ei vaikuttanut tai vaikutti huonosti. Entäpä jos dynamiikka olisi 80dB kuten esimerkiksi Keysight mainostaa.  Tai R&S skoopilla jossa mainostetaan 70dB dynamiikkaa Bode Plot osalta. No, olisi vain jäänyt kummallakin tekemättä.






Jatkuu...



Kesken, jatkuu....









Myös EEVblog foorumilta löytyy kohtalainen pläjäys SDS1000X-E  BP II versiosta, testejä, käyttövinkkejä-ohjeita yms.
((avautuu uuteen ikkunaan)




--»  Ylös 

--»  Oskilloskoopit

--»  Etusivulle - Home