SPO, DPO oskilloskooppien toimintaperiaate

Perustietoa Siglent oskilloskooppien SPO toimintaperiaatteesta.

Muokattu 11.5.2021 (muutama kirjoitusvirhe, ja joitain kohtia selkeytetty)

Siglent käyttää Super Phosphor Oscolloscope (SPO) nimitystä. Tunnettu yleinen nimitys tälle toimintaperiaateelle on DPO (Digital Phosphor Oscilloscope). Muitakin nimityksiä tunnetaan joista yksi on esimerkiksi VPO (Virtual Phoshor Oscilloscope)
Toiminnan pääperiaate eri valmistajilla nimityksestä riippumatta on jokseenkin sama tai saman kaltainen.
Nämä kaikki DPO tyyppiset oskilloskoopit eroavat olennaisesti perinteisestä DSO (Digital Storage Oscilloscope) oskilloskoopin toiminnasta vaikka ovatkin edelleen digitaalisia muistioskilloskooppeja (DSO). Nimitykset siis saattavat aiheuttaa jonkun asteista hämmennystä ellei ole kokemusta näiden seikkojen tiimoilta.

SDS1000X/X+/X-E/X-U, 2000X-E, 2000X, 2000XPlus, SDS2000X HD, SDS5000X sekä SDS6000A oskilloskoopit ovat kaikki SPO tyyppisiä.
Myös uusimmat SHS800X sekä SHS1000X käsiskilloskoopit ovat SPO tyyppisiä.

Vanhemmat, edelleen tuotannossa jatkavat SDS1000DL+ ja CML+, sekä niiden edeltäjät sekä CFL mallit ovat tai olivat perinteistä DSO tyyppiä.

Mistä on kyse?

Perinteisessä analogisessa oskilloskoopissa (esim Tektronix 465 tai 2213, 2235, 2445, 2465 jne) kuvaputken fosfori aikaansaa myös kirkkausinformaatiota josta kokenut käyttäjä voi saada tapauksesta riippuen huomattavastikin lisää informaatiota signaalin ominaisuuksista. Johtuen fosforin ominaisuuksista siinä on myös sen negatiivinen vaikutus eli hitaus (joka tosin oli juurikin syynä että saatiin kirkkausinformaatiota). Analogisissa oli myös mahdollisuus käyttää Y kanavaa jolla saattoi moduloida kirkkautta mutta en tarkoita tässä sitä.
Negatiivinen vaikutus johtuu siitä että hitaus on sekä kirkkauden nousussa että laskussa. Fosfori ei ehdi "aktivoitua" esimerkiksi nopealla yksittäisellä pulssilla. Digitaalisessa oskilloskoopissa tällaista hitautta ei ole ja toisaalta signaali voidaan säilyttää muistissa ja näkyvillä TFT tms näytöllä kun taas fosforilla kuva häipyy melko nopeasti. Toki on myös analogisia muisti oskilloskooppeja joissa kuvaputkessa on muistiominaisuus erilaisin tekniikoin toteutettuna.
Tietenkin mainituista syistä seuraa myös se että kuvassa signaali"viivan" kohina on suht alhainen. Se fosforin hitaus toimii "kohinasuodattimena".

Analogisen oskilloskoopin perusperiaate. (tähän asiayhteyteen sovitetusti)
Kuvaputken säde (elektronisuihku) odottaa kuvaruudun vasemmassa reunassa. Kun signaalissa tapahtuu muutos joka täyttää triggausehdot pyyhkäisee säde vaakasuunnassa (X) kuvapinnan yli aika asetuksessa määritellyllä nopeudella, esimerkiksi 100ns/div. Pystysuunnassa (Y) sädettä heiluttelee signaalin amplitudi. Pyyhkäisyn jälkeen palataan mahdollisimman nopeasti (säde sammutettuna) vasempaan reunaan ja jäädään odottamaan(1) triggauksen toteutumista. Nimitän tätä vasemmalta oikealle tapahtuvaa säteen liikettä pyyhkäisyksi. Digitaalisessa oskilloskoopissa ei ole mitään sädettä jota ohjataan mutta silti termi "pyyhkäisy" kuvaa jollain tasolla tapahtumaa ollen ikäänkuin analogi analogisen oskilloskoopin toimintaan.
(1) Ellei autotrig ole käytössä ja generoi triggausta kun signaalissa ei esiinny trihggaukseen johtavaa muutosta.

Kun analoginen oskilloskooppi pyyhkäisee nopeassa tahdissa (triggaus toistuu nopeasti) ja signaalin ohjaama katodisäde osuu johonkin kohtaa fosforia se aktivoi sitä. Mitä enemmän samaa kohtaa aktivoidaan sitä kirkkaammaksi se muuttuu. Näin syntyy näytölle lisäksi kirkkausinformaatiota kuvaamaan osaltaan signaalin ominaisuuksia. Varjopuoli oli se että yksittäinen nopea pulssi ei edes näy fosforilla tai saattoi vaatia huoneen pimentämistä, tai huppua kuten vanhalla valokuvaajalla yms ja sittenkin harvoin toistuvat nopeat pulssit eivät näkyneet. Digitaalisessa oskilloskoopissa tällaista hitautta ei ole. (osittain siksi myös digitaaliskooppi näyttää "kohisevan" enemmän koska aanalogisen skoopin fosfori toimii myös "kohinan" suodattimena).

Allaolevissa kuvissa 1 - 4 on kaikissa täsmälleen sama signaali. 5MHz sini 15% AM moduloituna arb aaltomuodolla siten että huippuja esiintyy harvemmin ja sitten keskitasoa kaikkein eniten ja sitten jonkin verran vähemmän alempia tasoja. (Siglent SDG1032X Arb aaltomuoto Laquerre (Math) ja 100Hz.)


Kuva 1.
Tällaiselta tilanne näyttää hyvälaatuisella analogisella oskilloskoopilla.
(kuva otettu ruudulta kännykällä joten eihän se ihan livekuvaa vastaa). Mikäli tässä signaali päättyisi katoaisi kuva myös saman tien. Ainoa "muisti" tässä tapauksessa on valokuva. Analogisten oskilloskooppien kulta-aikana käytettiinkin yleisesti ns oskilloskooppikameraa joka kiinnityettiin kuvaputken eteen. Tämä kuva sensijaan on otettu tavallisella kännykällä.

Analogisten oskilloskooppien jälkeen tulivat digitaaliset oskilloskoopit ja ne olivat käytännössä kaikki näitä vanhempia DSO tyyppisiä. Tuolloin joskus  tuntui kuin tekniikka olisi joltain osin mennyt taaksepäin (vaikka toki valtavia etujakin oli).
Digitaaliset oskilloskoopit olivat usein hitaita. AD muuntimet olivat hitaita, samoin prosessorit ja muisti oli arvokasta.
Esimerkiksi kun kuva päivitetään 25 kertaa sekunnissa ja kuvaruudulla näkyy vain esimerkiksi 0,5µs mittainen pätkä signaalista, näkyville saadaan jokaiselta 40000µs ajanjaksolta vain 0,5µs pätkä ja 39999,5µs osalta ei tiedetä mitään.  Ja vaikka signaali olisi se jatkuva signaali niin peräkkäin nähdään vain yksittäisiä pyyhkäisyjä vailla kirkkausinformaatiota joka silmälle kertoisi niiden pienempien tai suurempien vaihteluiden jakaumasta. Joissain oskilloskoopeissa käytettiin myös CCD kennoa johon kuvaputki "piirsi" kuvan ja josta sitten analoginen siirrettiin AD muuntimille jolloin hitaammallakin AD muuntimella saatiin suht nopeasta signaalista digitoitua signaali.

Perinteisen DSO oskilloskoopin pääperiaate signaalista kuvaksi erittäin yksinkertaistetusti:
Digitoidaan signaalia muistiin FIFO tyyppisesti triggauskohtaan saakka ja kun havaitaan triggausehdot täyttävä tapahtuma jatketaan digitointia muistin loppuun. Prosessoidaan muistiin saadusta datajonosta kuva (X-Y pikselikartta näyttömuistiin) ja siirretään se näytölle kun seuraava näytön päivitys on mahdollinen. Tämän jälkeen aloitetaan uusi kierros digitoimalla taas signaalia. Tässä siis prosessi on pääpiirteissään peräkkäinen ja koska itse näyttöä päivitetään suhteellisen harvakseen (olkoot se sitten 10 tai 100 päivitystä sekunnissa se on kuitenkin hidasta signaaleihin nähden). 
Näytössä ei myöskään ole varsinaista kirkkausinfomaatiota. Tosin vanhaa kuvaa saatettiin jättää edelleen myös näytöllle ja jopa myös ajallisesti asteittain himmentyen. (Persistence)


Kuva 2.
Suurin piirtein tällaiselta Kuvan 1. tilanne näyttää perinteisellä DSO tyyppisellä digitaalisella oskilloskoopilla josssa kuitenkin värimonitori.
(Kuva otettu skoopilta USB tikulle ja poistettu signaalista kirkkausvaihtelut jolloin kuva matkii DSO kuvaa)
Aika tylsää katsottavaa eikä se kerro muuta kuin että tuolla välillä signaali vaihtelee mutta ei mitään siitä kuinka se jakautuu.

Hiukan vanhemmissa saattoi olla mustavalkoinen LCD näyttö tai esimerkiksi yksivärinen TV rasterityyppinen monitori usein joko valkoisella, vihreällä tai oranssilla fosforilla. Toki käytössä oli myös joitain melko erikoisia tekniikoita kuten esim monitorin edessä olevalla digitaalisesti ohjattavalla "väritys" yksiköllä yksivärisen perinteisen crt monitorin edessä joka oli varsin erikoinen ratkaisu. (joissain Tektronix TDS-700 malleissa)

Tekniikka kehittyi. On saatu valtava määrä lisää prosessointitehoa joka on mahdollistanut toisenlaisen toimintaperiaatteen, DPO (SPO, VPO, ymv). Alkuun tällaiset järjestelmät olivat kalliita ja vaativat useinmiten kalliita ASIC piirejä yms melko kallista tekniikkaa. Nykyaikaiset piirit ovat nopeita ja tehokkaita ja prosessointitehoon nähden melko edullisia tarjoten myös joustavuutta tuotekehitykseen - jopa myös tuotteen elinkaaren aikana! Esimerkiksi Keysight (entinen HP ja Agilent) on jo kauan valmistanut DPO tyyppisiä oskilloskooppeja joissa on käytetty ASIC piirejä mahdollistamaan sen. (Siinäkin on hyvät ja huonot puolensa - kuten kaikessa. Nimittäin kun se ASIC on kehitetty siihen ei paljon muutoksia tehdä paitsi tekemällä uusia ASIC piirejä ja se ei ole halpaa).

Myös Tektronix on jo kauan valmistanut DPO tyyppisiä oskilloskooppeja.

Samoin tietenkin Teledyne LeCroy jota oikeastaan voi pitää digitaalisten oskilloskooppien tosiasiallisena uranuurtajana ja monine ratkaisuineen usein jopa näiden kahden tunnetun, Keysight ja Tektronix yläpuolella. Teledyne LeCroy on myös nykyisin Siglentin yhteistyökumppani ja myyden omalla brändillään joitain Siglent valmistamia laitteita ja joitain on kehitetty yhteistyössä, kuten esimerkiksi Siglent SDS3000X sarjan oskilloskoopit joita ei länsimaissa voi ostaa Siglent nimellä.

Näiden vanhojen tunnettujen A+ luokan valmistajien pääsektori on kauan ollut ammattikäyttöön tarkoitetut ylemmän tason oskilloskoopit ja sitten jossain määrin ns oppilaitosmallit. Eivät kuitenkaan kovin paljoa loista edullisemman ja vaatimattoman pään laitteissa joissa nykyisin muun muassa edistyksellisimmät kiinalaisvalmistajat ohittavat ne hyvin monesti monessakin suhteessa.
Varsinainen kiinalaisten laitteiden kehitys ylemmäs kohti A on vasta juuri aluillaan mutta kehitys on ollut hämmästyttävän nopeaa varsinkin niillä valmistajilla jotka eivät harrasta kopiointia joka yleensä johtaa ainoastaan surkeaan lopputulokseen. Piirilevyjä, koteloita yms voi kopioida, kopiokoneella, helposti. Mitä ei voi kopioida halvalla/helposti. Laatu!
Toki "kopiointia" on hyväkin harrastaa rajoitetusti siten että matkii hyvää ja oppii toisten virheistä. Muutenhan olisimme kivikaudella.


Kuva 3.
Tällaiselta Kuvan 1. tilanne näyttää SPO (DPO) tyyppisellä oskilloskoopilla jossa mukana kirkkausinformaatiota.
(kuva otettu ruudulta kännykällä joten eihän se ihan livekuvaa vastaa). Ei se aivan olennaisesti eroakaan siitä.



Kuva 4.
Tällaiselta Kuvan 1. tilanne näyttää SPO (DPO) tyyppisellä oskilloskoopilla jossa tavanomaisen kirkkausinformaation
sijasta on näyttämuodoksi asetettu värigradientti.
(HUOM kuva otettu ruudulta kännykällä joten eihän se ihan livekuvaa vastaa)

Siglent SPO (vastaa DPO, VPO ymv) oskilloskoopin pääperiaate signaalista kuvaksi erittäin yksinkertaistetusti ja mutkia oikoen:

Aluksi ei odoteta kuvaruudun vasemmassa reunassa vaan digitoidaan signaalia muistiin FIFO tyyppisesti triggauskohtaan saakka ja ikäänkuin pysytään siinä ja työnnetään vanhaa taakse - noin sen voit kuvitella. Kun havaitaan triggausehdot täyttävä tapahtuma jatketaan digitointia siitä edelleen muistin loppuun jolloin on tehty yksi "pyyhkäisy".
Prosessoidaan tästä saadusta datajonosta kuva (X-Y pikselikartta näyttömuistiin) aiemman vastaavan päälle ja huomioidaan myös osuuko data samoihin pisteisiin alla olevan kuvan kanssa ja kasvatetaan osumien mukaan kirkkautta ohjaavaa tietoa.
Siirrytään mahdolisimman nopeasti taas digitoimaan signaalia eli tehdään uusi vaakapyyhkäisy. Tätä toistetaan niin nopeasti kuin mahdollista prosessoiden  kuvaa taustalla näyttömuistiin valmiiksi.
Muistiin ikäänkuin mahdollismman nopeasti kerrostetaan näitä vaakapyyhkäisyjä. Voi sanoa että näyttömuisti on ikäänkuin se virtuaalinen fosfori (1). Kun tulee aika päivittää näyttö päivitetään se "kerroskuva" TFT ruudulle (Esimerkiksi noin 25 kertaa sekunnissa).

(1) ei pidä ajatella että DPO (SPO, VPO) emuloisi tai edes pyrkisi emuloimaan analogista oskilloskoopin näyttöä täysin. Tästä vallitsee aika usein hämmentäviä käsityksiä. Niin ei ole eikä niin edes pidä olla, olisi aivan hullua pyrkiä matkimaan analogisen oskilloskoopin kuvaputkea. Sen sijaan siitä matkitaan vain sen hyvää puolta matkimatta sen huonoja puolia eli kirkkauden lisääntymisen hitautta joka on yksi pahimmista ongelmista. Toki on kehitetty joitain kalliita tekniikoita sen ongelman pienentämiseksi, mm mikrokanavaputki (Tek) mutta siltikin se on hidas ja muuten ongelmallinen.

Tässä siis koko näytönpäivityksen vapaan väliajan (vajaa 40ms) ajan tehdään taustalla toistuvasti vaakapyykäisyjä niin nopeasti kuin se signaalista (triggaus ehdot) ja oskilloskoopin muista asetuksista ja prosessointikyvystä riippuen on mahdollista ja ilman että sykli on sidottu näytön päivitykseen. Kun tulee näytön päivityksen aika siirretään näyttömuistiin prosessoitu kuva TFT näytölle.
Tämä kuva siis on ikäänkuin kerroskuva joka sisältää edellisen TFT päivityksen jälkeen tehtyjä vaakapyyhkäisyjä päällekkäin kerrostettuna ja kirkkaus on isompi niissä kohdin joissa on useampia päällekkäin ja missä on vain yksi siinä on minimikirkkaus (joka kuitenkin edelleen vielä selvästi näkyvillä, jotta juuri se harvinainenkin yksittäinen "räpsäys" on siellä seassa näkyvillä. Ja mikäli se tuntuu liian hämärältä voi monissa tilanteissa erottuvuutta parantaa käyttämällä värigradientti näyttötapaa).

Nyt, juuri kun sisäistit tuon,  on sitten jo heti syytä kertoa että Siglent EI toimi edelläkuvatulla tavalla vaikka se peruskäytössä näyttää juuri sille kuten tavanomainen DPO. (Siglentissä on seikka jota tähän asti ainakaan useimmissa DPO oskilloskoopeissa ei ole, siitä hiukan myöhemmin) On kuitenkin ehkä hyödyllistä ajatella se ensin noin ja koska useat muut skoopit toimivat karkeasti siten ja koska se tavallisesti käytettynä myös näyttää sille.


Mutta ensin vielä: Mikä "kerroskuva"?
Verrataanpa tilannetta hyvin karkeasti aiempaan DSO tapaukseen. (Siglentissä on 14 vaakaruutua leveä näyttö mutta esimerkissä käytän 10 ruudun leveyttä kuten myös DSO tapauksessa)
Ajatellaan samaa tilannetta kuin aiemmassa DSO tapauksessa, signaalin pituus ruudulla 0,5µs ja näytön päivitys 25 kertaa sekunnissa.
Aika asetus on tällöin 50ns/div. Ajatellaanpa että tällä asetuksella oskilloskoopin vaakapyyhkäisyn toistonopeus olisi 100000 sekunnissa. (100kwfm/s)
Mikäli signaali on sellainen että triggausehdot täyttyy riittävän nopeasti ehditään 40ms aikana tehdä 4000 vaakapyyhkäisyä. Meillä on nyt  vaakapyyhkäisyjä 10µs välien joissa kussakin on 0,5µs pituinen pätkä ja 9,5µs osalta ei tiedetä mitään. (DSO esimerkissä vastaavassa tilanteessa jäi 39999,5µs.)
Täysin sokean ajan osalta perinteinen DSO hävisi tässä tapauksessa enemmän kuin paljon.  Tietenkin erilaisilla asetuksilla ja signaaleilla tilanne on aivan toinen.

DPO ei ihan aina ole voittaja, tasapelikin on joskus harvoin. Jos meillä on pyyhkäisynopeutena 5ms/div lienee täysin yhdentekevää onko oskilloskooppimme DSO vai DPO tyyppinen. Koska yksi pyyhkäisy on pidempi kuin näytön päivitysväli kummallakin oskilloskooppityypillä saadan näytölle sama yksi vaakapyyhkäisy kerrallaan. Aivan sama on jos meillä on aika-asetuksena 1ns/div mutta signaali (esim pulssi) toistuu esim 10 kertaa sekunnissa. Taaskin on karkeasti ottaen yhdentekevää onko skooppi DSO vai DPO tyyppinen. Sen sijaan viimeksimainittu esim 5ns pulssi 10 kertaa sekunnissa taitaisi jäädä tavallisella analogisella oskilloskoopilla kokonaan näkymättä mutta kumpikin sekä perinteinen DSO että moderni DPO nappaa sen näkyville ilman minkäänlaisia vaikeuksia (jos skoopin taajuusalue ja samplenopeus on tehtävään riittävä)


Kuten aiemmin kerroin Siglentin toiminta poikkeaa edellä kerrostusta siinä vaiheessa kun huomioidaan etupaneelin yksi merkittävä painike. Sen nimi on "History". (pitäisi lukea History viewer ja sitä painamalla siirrytään katselemaan historiamuistia)

En kerro suoraan vaan otan ensin esimerkin. Ajatellaan että meillä on signaali jossa on jonkun verran nopeaa pientä muutosta, kohinaa, anomalioita ja - kaikenlaista pientä sen itse halutun "ideaalin" signaalin mukana. Signaalin kuva voi olla jonkun verran "kaoottinen" kuvaruudulla ja esim signaalin viiva mm kohinasta tai jittereistä yms johtuen aika paksu. No, jos siellä sitten on yksityiskohtia niin yksityiskohdat ovat  sen kerrostuksen ansiosta peittyneenä sinne sekaan. Toki joku eri kohtaan piirtyvä räpsy voi näkyä siellä erikseen kuten mainoksissa usein "glitch" esitetään kun mainostetaan nopean DPO etuja. No, niin se voi olla, tai sitten ei, useasti asiat eivät mene niin kuin mainoksissa ja elokuvissa.
Tavallisella DPO:lla olet kuitenkin tuon kerrrostuksen vankina eli et voi mitään jos se peittää alleen sen anomalian tai suuren osan siitä. Ellet keksi sellaista triggaus tapaa joka reagoi vain siihen etsittyyn anomaliaan signaalissa. Ei voi mitään. Sori Tektronix, Sori Keysight ja sori moni muu.
Vaikka oskilloskoopin pysäyttäisi siihen ja zoomaisai sitä kerroskuvaa tai säätelisi eri tavoin, se mikä on peitossa se siellä pysyy, ellet voi purkaa sitä kerroskuvaa yksittäisiin "kerroksiin" eli vaakapyyhkäisyihin. Ja tässä se tulee...

Siglentissä tuon kerrostuksen voi kuitenkin purkaa takaisin yksittäisiksi vaakapyyhkäisyiksi kunkin erilleen ja tarkastella niitä ja kohdistaa niihin mittauksia ja muita toimintoja.  Täydellinen se ei ole kuten ei mikään eikä sitä dataa sinne rajattomasti mahdu. Joka tapauksessa, kun katsoo kuvaa jossa on koko ajan kerrostettuna suurikin joukko peräkkäisiä vaakapyyhkäisyjä ja jos jollain hetkellä sitten pysäyttää oskilloskoopin on näytöllä kuva jossa on parhaimmillaan ehkä jopa liki 5000 vaakapyyhkäisyä kerrostettuna ja muistissa myös mahdollisesti edellisiä koko TFT frameja jopa lukuisa joukko. 

Tässä vaiheessa kerroskuva voidaan purkaa. Siitä viimeisestä kerrostetusta kuvasta voidaan tarkastella jokainen yksittäinen vaakapyyhkäisy erikseen (usein myös useiden peräkkäisten TFT päivitysten ajalta. Parhaimmillaan varrsin pitkältäkin ajalta, asetuksista ja signaalista riippuen) 

Miten?

Painetaan etupaneelin nappulaa "History".  Siellä voi olla muistissa esimerkiksi 40000 (jopa 80000) edellistä peräkkäistä vaakapyyhkäisyä joista ne  ne edelliset TFT näyttökuvat oli kerostettu. Tällainen ominaisuus on myös muun muassa joissakin Rohde&Schwarz RTO oskilloskoopeissa joissa toki vielä edelleen kehittyneempänä (ja "hivenen" eri hinnalla).

Historia asiasta lisää sivulla Jatkuvasti taustalla toimiva historia tallennus sekä nopea Sekvenssi tallennus

Alla esimerkki jossa kerroskuvasta on eroteltu yksi vaakapyyhkäisy. (kuva 3 joka oli myös aiemmin ja kuva 5)


Aimpi kuva 3. uudelleen. Näytöllä signaalista DPO periaattella "kerroskuva".
Tässä kuvassa on yhdessä TFT päivityksessä kyseisellä nopeudella kerrostettuna karkeasti arvioiden 1000 vaakapyyhkäisyä.

Kuva 5.
Yksi yksittäinen vaakapyyhkäisy. Tällaisia muistissa on ja niiden amplitudi vaihtelee peräjälkeen moduloinnin tahdissa.
Niitä voi tarkastella kutakin erikseen monin eri tavoin. Siis voidaan purkaa se DPO kuva yksittäisiin vaakapyyhkäisyihin. Tässä on mukaan näytölle otettu aikaleimalistaus. Siitä näkyy että tyypillinen pyyhkäisyjen intervalli on noin 8µs. Kun tiedetään että kuvaruutu päivitetään noin 25 kertaa sekunnissa voidaan karkeasti sanoa että yksi käynnin aikainen TFT kuvaruutu (Kuva 3.) sisältää kerrostettuna noin vajaa 5000 vaakapyyhkäisyä. Todellisuudessa suuruusluokkaa noin 4500 koska TFT intervalli ei ole tarkalleen 40ms ja varsinaisen kuvan muodostamisen ja näytön päivityksen aikana tapahtuu pieni tauko. (kuva otettu ruudulta kännykällä joten eihän se ihan livekuvaa vastaa)

Tässä tapauksessa siis noin 10 edellistä TFT framea on purettavissa yksittäisiin vaakapoyyhkäisyihin ja huom ne siis eivät ole kuvamuistista vaan todellista ADC dataa muistista  (tässä esimerkkitilanteesa sitä siis on siellä reilut 31 megatavua (700*45526).
Kerroskuvassa intensiteettiä ohjataan sen mukaan kuinka paljon näytepisteitä lopulta osuu jollekin TFT pixelille. Prosessissa tehdään monia kompromisseja ja esim eri aika ja näytenopeus tilanteissa käytetään erilaisia parametrejä. Kuva ei aina ole kaunis ja saattaa sisältää kuva-alias ilmiöitä yms "Moire" tyyppistä "syheröä". Mutta kauniiden kuvien tekemiseen näitä ei ole rakennettu vaan signaalien mittaamiseen ja havainnointiin.

Siglent siis EI tallenna vain näyttömuistiin kerroskuvaa josta muodostuu se kirkkaus- tai värigradienttinen viusuaalinen kuva näytöllä jolloin muistissa olisi vain todellisena datana se viimeinen vaakapyyhkäisy siellä vaakapyyhkäisyn muistissa ja lopuista (edellisistä) vain näyttömuistin osalta sinne viety informaatio joka lisäksi katoaa joka näytön päivityksessä run tilassa.  (ellei sitten ole persistence käytössä joka voi jättää vanhan signaalijäljen pitkäksikin aikaa mutta vain näytölle )

Siglent tallentaa jokaisen vaakapyyhkäisyn muistiin erikseen. Maksimissaan jopa 80000 ja minimissään vain yhden. Riippuen asetuksista ja käytettävissä olevan muistin määrästä. Muistiin tallennus FIFO periaattella niin kauan kunnes skooppi pysäytetään.
Näyttöä varten niistä generoidaan oskilloskoopin käydessä kerroskuvaa ja kerrostettuna on kussakin TFT näyttökuvassa ~40ms välein se määrä vaakapyyhkäisyjä joka sen aikana ehdittiin tallentaa/pyyhkäistä. Huomioitavaa on että dataa ei desimoida näytölle jolloin raakadataa hukkuisi. Taustalla on koko ajan täysimittainen data. Tämä tulee hyvin ilmi kun zoomataan yksityiskohtiin esim skooppi pysäytettynä. Näin ei päästä aivan huippunopeuksiin mutta minusta tärkeää on se että dataa ei hukata tai manipuloida vaan että käytettävissä on aina täysi raakadata. Näitä TFT pixelikartta kerroskuvia sensijaan ei tallenneta. Siglentissä ei ole sellaista "Record" tai "Recorder" toimintoa joka tallentelisi TFT kuvia. Niistähän ei suurta iloa edes olisi koska silloin mittauksia voisi tehdä vain näytön pixeliresoluutiolla eikä signaalissa olis myöskään zoomattavia yksityiskohtia (raakadata olisi kodotettu). Tällaisia halpoja tapoja on joissain digitaalisissa oskilloskoopeissa ja joskus niistä ei totuutta ei kovin suortaan kerrota.

Toimintaperieetteesta johtuen saattaa joskus esiintyä käyttäjää hämmentäviä tilanteita mikäli ei ole sisäistänyt SPO (DPO) toimintaperiaatetta.

Kun oskilloskooppi pysäytetään tai pysähtyy esimerkiksi odottamaan seuraavaa triggausta jää näyttö näyttämään viimeistä päivittynytty TFT kuvaa.
Otan yhden tilanteen joka on aika-ajoin aiheuttanut hämmennystä varsinkin jos ei ole aiempaa kokemusta DPO tyyppisistä oskilloskoopeista tai kokemus on vain edellisen sukupolven DSO skoopeista joissa kukin kuvaruutu sisältää vain yhden vaakapyyhkäisyn. Myös DPO oskilloskoopeissa saattaa olla toiminnallisia eroavuuksia.

Tutkimme kertaluonteisia silloin tällöin ilmeneviä "räpsähdyksiä" tai mitä lie purskeita. Haluamme että oskilloskooppi näyttää vain ne ja asetamme oskilloskoopin triggauksen Normal tilaan jolloin mitään ei näy ellei triggausta tapahdu, eli oskilloskooppi ei ala generoida automaattisia triggauksia silloin kun signaali ei aiheuta triggausta. Ajattelemme että kun se räpsäys sitten tulee se jää näytölle ja voimme tarkastella sitä (kunnes tulee seuraava tai jos pysäytämme oskilloskoopin "Stop" tilaan.

"Räpsäyksen" jälkeen kuvaruutumme saattaakin näyttää kuvan 6 kaltaiselta, mitä iohmettä, samassa kuvassa kaksi signaalia. Onko oskilloskoopissa virhe tai mitä ihmettä....


Kuva 6.
Triggaus oli "Normal" ja kuitenkin kuvassa kaksi vaakapoyyhkäisyä kun oskilloskooppi on jäänyt odottamaan triggausta ja näkyvillä on viimeinen TFT ruutu.
Tämä on normaali ilmiö. Mikäli haluaa että ainoastaan yksi triggaus on mahdollinen tulee käyttää "Single" triggaustapaa.

Kuvassa on tapahtunut niin että ensin on trigannut tuon pursekeen alku(, se pieni terävä vajaa 10mV nopea nousu juuri triggauskohdassa jonka jälkeen esiintyy nuo isoimmat huiput). Ensimmäinen vaakapyyhkäisy on tehty ja triggaus uudelleen valmiustilassa. Nyt kuitenkin on signaalissa edelleen esiintynyt jo vaimentunutta aaltoa joka triggaa. Tämä on tässä tapahtunut yhden kuvaruudun päivitys intervallin sisällä (<40ms) ja siten saatu seuraavaan näyttöön kahden vaakapyyhkäisyn "kerroskuva" joka on jäänyt viimeiseksi koska enää ei ole tullut triggausta ja skooppi jäänyt näyttämään viimeistä TFT framea. (josta se tässä tilanteessa on valmis jatkamaan heti kun uusia triggauksia tulisi.)  Miten tiedän kumpi noista oli ensin tai esimerkiksi teen mittauksia sen vaakapyykäisyn osalta.

Helposti koska nyt on kyseessä Siglent SPO joka tuntee historian.

Pysäytän oskilloskoopin History  katseluun jolloin tuokin "kerroskuva" eli kuvapino tulee purettua yksittäisiin vaakapyyhkäisyihin.


Kuva 7.
Tässä on nyt pinon alimmainen eli vanhin vaakapyyhkäisy (eli se ensimmäinen joka triggasi). Myös aikaero edelliseen on nolla koska edellistä ei historiassa ole.
Tällä kertaa pinossa on vain kaksi.
(Huom, näillä asetuksilla olisi mahdollista että historiassa olisai 188 edellistä jolloin se sisältäisi myös joitain edellisiä kuvaruudun päivitys intervalleja jotka ei näkyisi siinä pysähtyneessä tilassa jossa näytetään vain viimeinen kuvaruutu )

Seuraavaksi katsotaan se toinen, eli vaakapyyhkäisy 2.


Kuva 8.

Vaakapyyhkäisy 2. Se on trigattu aikaleiman mukaan 3811µs (3,8ms) edellisen triggauksen jälkeen.

Tässä tapauksessa samaan kuvaruutuun olisi mahtunut muutama vaakapyyhkäisy lisääkin jos triggauksia olisi sen intervallin aikana tapahtunut. Huomaa että vaakapyyhkäisyn pituus on tässä 2,8ms.  Seuraava triggaus 3,8ms joten väliin on jäänyt noin 1ms jolta osuudelta ei tiedetä mitään siitä mitä signaalissa on tapahtunut. Se aika on ns kuollutta aikaa "dead time". Siglentissä todellinen ja effektiivinen kuollut aika on sama koska kuvaruudun leveys on aina täsmälleen sama kuin koko vaakapyyhkäisy muistin pituus eli kuvaruudun ulkopuolelle ei jää osaa signaalista näkymättömiin.

Oskilloskoopeissa saatetaan automaattisesti häivyttää vanhat vaakapyyhkäisyt ja näyttää vain viimeinen. Useimmissa niissä ei kuvarudun vaakapyyhkäisykerroksia voisikaan tarkastella erikseen. Myös Siglent voi pyyhkiä vanhemmat näytöltä ja jättää viimeisen näkyviin mutta ei kaikissa tilanteissa automaattisesti koska niin ei haluta tehdä jotta meillä silyy enemmän informaatiota tapahtumista. Mikäli skooppi jätti näytölle framen joka sisältää useita vaakapyyhkäisyjä ne vanhemmat pyyhitään ja vain viimeinen jää näytölle jos käyttäjä muuttaa jotain asetusta mutta tietenkin ne on edelleenkin siellä historiamuistissa. Tätä voi kokeilla vaikka muuttamalla horisontaali tai vertikaali sijaintia vaikka aivan aavistuksen verran tms. Tai siirtymällä historia katseluun joka jättää aluksi näytölle viimeisen.

Mikäli haluat yhden vaakapyyhkäisyn jostain signaalista käytä silloin "Single" toimintamuotoa. Jos haluat että yksi kuvaruutu koko ajan Run tilassa sisältää vain yhden vaakapyyhkäisyn (ei kerrostusta)  aseta Acquire valikosta "Acq Mode Slow" käyttöön.

"Slow" vastaa vanhaa DSO vaikka jotain kirkkausinformaatiota voi siltikin olla johtuen siitä että datatiheys näytön pikseliä kohden siltikin vaihtelee myös yhdellä vaakapyyhkäisylla. Kirkkaus säätelyä ei kytketä pois tässä "Slow" tilassa joten ihan vanhaa DSO se ei vastaa sen osalta. Kukin näytön pikseli on ikäänkuin kori johon kerätään sen alueelle osuvat näytteet ja määrä korissa vaikuttaa kirkkauteen jossain määrin myös silloin kun vaakapyyhkäisyja ei ole useita kerrostettuna. Esimerkiksi jos näytenopeus 1GSa/s ja aika asetus on 1ms/div osuu yhdelle 1ms ajanjaksolle miljoona näytettä. Yksi ruutu vaakasuunnassa on jaettu 50 osaan. Näin yhden pikselin pystysarakkeelle tulee 20000 näytettä. Pysäytä ja zoomaa koko reuudussa t/div asetusta käyttäen. Näet että siellä ne kaikki ovat. Tämän "pakkaamisen" osalta vaikutus kirkkausinformaatioon on melko lievän oloinen. Edellisten vaakapyyhkäisyjen painoarvo kirkkausinformaatiossa vaikuttaa suuremmalle.

--»  Ylös 

--»  Oskilloskoopit

--»  Etusivulle - Home