Новый широкополосный цифровой осциллограф RIGOL DS80000

Новый широкополосный цифровой осциллограф RIGOL DS80000

В начале 2024 года, в Россию начались первые поставки новых высокопроизводительных многофункциональных цифровых осциллографов восьмого поколения серии DS80000 от всемирно известного китайского бренда RIGOL (Рис. 1). Это событие стало знаковым для отечественных потребителей и инженеров - появилась возможность замены широкополосных осциллографов западных производителей на передовые качественные аналоги от восточных партнёров по доступным ценам, с предсказуемыми сроками поставки, гарантированным сервисным обслуживанием.

Рис. 1 Осциллограф DS80000

Линейка осциллографов DS80000 стала дальнейшим развитием предыдущего семейства DS70000, которое уже хорошо зарекомендовало себя в России, включено в ГОСРЕЕСТР СИ и пользуется повышенным спросом у портебителей. Значительно повышены вычислительные мощности, расширен частотный диапазон работы, программным способом реализована обработка новых протоколов передачи данных, введён ряд конструктивных новшеств. Основные характеристики и отличительные особенности DS80000 от DS70000 сведены в Таблицу № 1.

Таблица 1. Технические характеристики

	Серия DS70000	Серия DS80000
Полоса пропускания	DS70304 – 3 ГГц DS70504 – 5 ГГц	DS80804 – 8 ГГц DS81304 – 13 ГГц
Количество аналоговых каналов	4 (CH1, CH2, CH3, CH4)
Входной импеданс/емкость	1 МОм ± 1%, /17 пФ ± 3 пФ 50 Ом ± 2,5%, /17 пФ ± 3 пФ	50 Ом ± 3%
Максимальная частота дискретизации входного сигнала	20 Гвыб/с на канал (при 1-2 активных каналах) 10 Гвыб/с на канал (при 3-4 активных каналах)	40 Гвыб/с на каждый канал
Максимальная память записи (опция)	2 млрд. точек	4 млрд. точек
Макс.скорость захвата осциллограмм	>1 млн. кадров/с	>500 тыс. кадров/с
Максимальное количество кадров записи сигнала	> 2 млн. кадров в реальном времени
Разрешение по вертикали	8 бит; 9-16 бит (в режиме высокого разрешения)
Чувствительность по вертикали	1 МОм: 1 мВ/дел ~ 10 В/дел 50 Ом: 1 мВ/дел ~ 1 В/дел	50 Ом: 1 мВ/дел ~ 1 В/дел
Относительная погрешность усиления по постоянному току	± 2% от полной шкалы
Разрешение во временной области	50 пс/дел ~ 1000 с/дел (DS70504) 100 пс/дел ~ 1000 с/дел (DS70304)	20 пс/дел ~ 1000 с/дел (DS81304) 50 пс/дел ~ 1000 с/дел (DS80804)
Кратковременная и долговременная относительная нестабильность установки частоты	± 0,5 ppm (точность начальной калибровки) ± 1 ppm/год (скорость старения)	± 0,2 ppm (точность начальной калибровки) ± 0,1 ppm/год (скорость старения)
Межканальная изоляция	40 дБ (≤1ГГц) 30 дБ (>1 ГГц)	≥ 60 дБ
Декодирование протоколов передачи данных (опции)	RS232/UART, I2C, SPI, CAN, CAN-FD, LIN, FlexRay, I2S, MIL-STD-1553, USB2.0
Анализ соответствия протоколам (опции)	USB2.0, LAN 100М Base-T Ethernet	DDR3, LDDR3, 100М/1000М Base-T Ethernet, USB2.0, USB3.0, USB3.1, PCIe1/2
Анализ глазковых диаграмм и джиттера (опция)	Поддерживается
Функциональные возможности	- Осциллограф - Анализ спектра, в том числе, опционально, в режиме реального времени (БПФ длина записи -1 млн. точек) - Вольтметр (3 разряда) - Частотомер (8 разрядов) /сумматор (48 разрядов) - Анализатор протоколов (опции)	- Осциллограф - Анализ спектра (БПФ длина записи -10 млн. точек) - Вольтметр (3 разряда) - Частотомер (8 разрядов) /сумматор (64 разряда) - Анализатор протоколов (опции)
Входные разъемы аналоговых каналов	Прецизионный BNC-(розетка)	NMD-(усиленный) 3,5 мм (вилка)
Возможность подключения активных пробников	Поддерживается	поддерживается (опция BNC Adapter Input 50 Ω адаптер BNC – 3,5 мм)
Вход/выход сигнала синхронизации	1/1
Вход/выход сигнала опорного генератора частоты 10 МГц	1/1
Коммуникационные интерфейсы	USB3.0 host – 4 шт. USB3.0 device LAN 10/100/1000 Base-T LXI-C поддержка Web control, SCPI	USB3.0 host – 3 шт. USB3.0 device LAN 10/100/1000 Base-T LXI-C поддержка Web control, SCPI
Габариты	439 х 310 х 491 мм	448 х 310 х 522,6 мм
Дисплей	Основной- сенсорный, цветного изображения, диагональ 15,6’’, разрешение 1920×1080 точек, изменяемый угол наклона Дополнительный - сенсорный, цветного изображения, диагональ 3,5’’, разрешение 480×320 точек
Разъём подключения внешнего монитора, проектора	HDMI
Электропитание	220 В/50 Гц
Максимальная потребляемая мощность	500 Вт	1600 Вт
Масса	22,5 кг	28 кг

Осциллографы обоих семейств построены на микросхемах/чипсете «Phoenix» собственной разработки и производства, обеспечивающими оптимальную аппаратную конфигурацию, для программной обработки результатов измерения и наглядной визуализации используется платформа UltraVision III.

Как и в моделях предыдущих семейств, принцип действия осциллографов DS80000 основан на высокоскоростном аналого-цифровом преобразовании напряжения входного электрического сигнала в цифровой код в реальном времени. Сигнал, преобразованный в цифровой код, отображается на жидкокристаллическом дисплее цветного изображения, с сенсорным управлением, в виде осциллограмм, эпюр, диаграмм и спектрограмм. Синхронизация осуществляется от внутреннего опорного генератора или от внешнего источника.

Особенности и преимущества

Основное конструктивное отличие DS80000 от DS70000 – новая модульная аппаратная технологическая платформа StationMax^® II, где каждый аналоговый канал – это отдельный независимый экранированный модуль, с собственным аналоговым трактом, АЦП, цифровой частью и системой охлаждения, что значительно повышает скорость обработки поступающего на вход сигнала и межканальную изоляцию с 40 дБ (100:1) до 60 дБ. Внешний вид модульной платформы и внешний вид осциллографа DS80000 приведены на Рис.2 и Рис.3.

Рис.2 Модульная аппаратная технологическая платформа StationMax® II

Рис.3 Вид сзади осциллографа DS80000

Серия DS80000 включает в себя две модели DS80804, DS81304, различающиеся полосой пропускания аналогового тракта 8ГГц и 13 ГГц соответственно. Обе модели имеют высокую частоту дискретизации до 40 Гвыб/с на каждый канал. Вертикальное разрешение встроенного АЦП 8 бит, возможна регулировка установки до 16 бит в режиме высокого разрешения, при соответствующем уменьшении полосы пропускания: 9 бит – 4 ГГц; 10 бит – 2 ГГц; 12 бит – 1 ГГц; 14 бит – 400 МГц; 16 бит – 200 МГц. Прибор способен обнаруживать глитчи длительностью от 100 пс. Модули работают под управлением центрального процессора.

В базовой конфигурации глубина памяти осциллографа составляет 500 млн. точек/на канал. Для увеличения глубины записи предусмотрены опции расширения глубины памяти до 2 или 4 млрд. точек/на канал. Такой объём памяти, установленной в осциллографе, позволяет производить высокоточный захват сигналов с улучшенной детализацией.

В осциллографах серии DS70000 и DS80000 реализована возможность записи в реальном времени и воспроизведение до 2 млн. кадров сигнала.

Кратковременная и долговременная стабильность источника опорной частоты в DS80000 повышена в несколько раз, по сравнению с DS70000. Следовательно, точность измерения временных параметров существенно увеличилась.

Четыре аналоговых входа оснащены усиленными NMD-3,5 мм (вилка) разъёмами с волновым сопротивлением 50 Ом. Основными достоинствами этих разъёмов являются высокая механическая прочность (ресурс более 2000 соедининий), стабильность соединения, что практически полностью исключает риск повреждения центрального контакта при стыковке за счёт более крупной гайки, рабочая частота до 26,5 ГГц, низкий КСВн – 1,15 – во всей полосе частот. Над NMD-разъёмами расположены разъёмы для управления и питания активных пробников.

Для расширения функциональных возможностей, к осциллографам DS80000 возможно подключение широкого спектра осциллографических пробников RIGOL различного назначения. Для этого компания Rigol разработала два типа адаптеров с интерфейсом пробников Smart Probe 2.0: BNC Adapter Input 50 Ω (входной импеданс 50 Ом) и High Impedance Adapter (1MΩ) (входной импеданс 1 МОм). Внешний вид высокоимпндансного адаптера приведён на Рис. 4

Рис.4 Smart Probe 2.0

На Рис.5 представлен список типов подключаемых пробников к осциллографам серии DS80000:

Рис. 5 Подключение пробников к DS80000

Анализ осциллограмм

Осциллографы серии DS80000 являются высокопроизводительными системами со следующими возможностями: измерения от простого времени нарастания сигнала до измерений глазковых диаграмм и джиттера, сложный анализ сигналов, математические вычисления, анализ протоколов и тестирование сигналов на соответствие стандартам всокоскоростной передачи данных.

Основной способ анализа качества передачи цифровых сигналов - построение глазковой диаграммы путём многократного наложения осциллограмм исследуемого сигнала друг на друга, что позволяет быстро и наглядно оценить качество цифрового сигнала, демонстрируя все варианты последовательностей нулей и единиц. При измерении глазковой диаграммы фиксируются следующие параметры: высота, ширина и амплитуда глазка, процент пересечения, добротность. Поддерживаются различные методы восстановления тактового сигнала в режиме реального времени, такие как использование постоянной тактовой частоты на основе номинальной битовой скорости, фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) первого и второго порядка, внешнего тактирования. Данный функционал поставляется опционально и программно активируется на осциллографах DS80000.

В качестве примера измерения глазковой диаграммы можно привести тестирование сигналов высокоскоростного протокола передачи данных PCI, USB2/3 или Ethernet осциллогорафом DS80000. Многоуровневая амплитудно-импульсная модуляция протокола используется для повышения пропускной способности при неизменной полосе и снижения частоты ошибок в современных сетях передачи данных. Подключение DS80000 для оценки качества передачи сигнала с помощью глазковой диаграммы, показано на рис. 6.

Рис. 6 Тестирование сигналов с помощью глазковой диаграммы

Как уже было сказано выше, специализированное опциональное программное обеспечение превращает осциллограф DS80000 в мощный инструмент для анализа джиттера. Измеряемыми и анализируемыми элементами являются - период-период, положительная ширина импульса-положительная ширина импульса, отрицательная ширина импульса-отрицательная ширина импульса, измерение джиттера от пика к пику, 6-сигма, среднеквадратичное значение, ошибка временного интервала (TIE), общий джиттер (TJ), случайный джиттер (RJ), детерминированный джиттер (DJ), джиттер периода (PJ), джиттер, зависящий от данных (DDJ), коэффициент искажений рабочего цикла (DCD), интерференция между символами (ISI) и коэффициент битовых ошибок (BER). Результаты измерения джиттера можно анализировать и отображать в нескольких форматах, дающих представление о природе и источнике джиттера сигнала: график тренда, график спектра, гистограмма, трек джиттера. Имеется возможность измерения и проведения статистического анализа непрерывных битовых последовательностей для эффективной диагностики джиттера сигнала на больших объемах данных.

Как и в случае с анализом глазковой диаграммы, поддерживаются следующие методы восстановления тактового сигнала в режиме реального времени - использование постоянной тактовой частоты на основе номинальной битовой скорости, фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) первого и второго порядка, внешнего тактирования.

Режимы измерения глазковых диаграмм и анализа джиттера: полностью автоматический, полуавтоматический, ручной.

Пользователь, при необходимости, может приобретести и установить опции для запуска, декодирования и анализа следующих протоколов передачи данных: RS232/UART, I2C, SPI, CAN, CAN-FD, LIN, FlexRay, I2S, MIL-STD-1553, USB2.0. Запуск и декодирование поддерживается по всем 4-м каналам.

При разработке встраиваемых систем важным аспектом является тестирование различных устройств и интерфейсов на соответствие стандартам. В осциллографах RIGOL DS80000 опционально есть возможность проводить тестирование сигналов на соответствие требованиям следующих стандартов: USB2.0, USB3.0, USB3.1, DDR2/DDR3 (рис.7), PCIe 1/2, Ethernet 100 Base-T, 1000 Base-T.

Рис.7 Анализ DDR

Прибор позволяет проводить широкий спектр математических вычислений: сложение, вычитание, умножение, деление, БПФ, логические И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ, Intg, Diff, Lg, Ln, Exp, Sqrt, Abs, AX+B, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, полосовой фильтр, режекторный фильтр, функция поиска пиков – до 15 ед. Возможно одновременное проведение автоматических измерений до 41 параметра форм сигнала, при аппаратных измерениях задействуется имеющаяся память в полном объёме.

В многофункциональном DS80000, помимо рассмотренных выше функций осциллографа, декодера и анализатора протоколов, заложены следующие функции:

• 3-разрядный вольтметр для измерения напряжение постоянного тока DC, среднеквадратического значения напряжения переменного тока ACскз, суммы этих величин DC+ACскз; с сигналами предупреждения о превышении нижнего и верхнего порогов измерения; графическим отображением результатов предыдущих 3-х секунд и графиком тренда;

• частотомер (CH1-CH4, EXT) с разрядностью от 3-х до 8 бит с частотным диапазоном равным полосе пропускания осциллографа;

• 64-разрядный сумматор, работающий по переднему фронту сигналов;

• функция анализа спектра БПФ с длиной записи до 10 млн. точек.

Отображение результатов измерения, управление прибором, а также навигация по пунктам меню, реализованы с помощью встроенного сенсорного дисплея цветного изображения с диагональю 15,6” разрешением Full HD 1920 х 1080 точек. Время послесвечения дисплея можно регулировать в диапазоне от 100 мс до 10 с или выставить бесконечное значение. Оригинальным конструкторским решением является изменение угла наклона основного дисплея электромеханическим способом для удобства пользователя. Для вывода изображения на внешние устройства предусмотрен интерфейс HDMI.

Имеется также дополнительный дисплей, диагональю 3,5”, на который возложена часть функций отображения и управления. Органы управления на экране отображаются и меняются в зависимости от типа измерений или включенных функций.

DS80000 оснащены широким спектром высокоскоростных коммуникационных интерфейсов USB3.0, LAN 10/100/1000 Base-T LXI-C поддерживающий Web-Control и набор команд SCPI.

Области применения

Превосходные характеристики являются основанием для широкого спектра применения осциллографов RIGOL DS80000 в различных областях:

Автор статьи уверен, что приведённый анонс нового цифрового широкополосного осциллографа DS80000 будет полезен уважаемым читателям, как пользователям продукции RIGOL, так и тем, кто ещё не присоединился к постоянно увеличивающемуся сообществу почитателей продукции наших китайских партнёров. Более подробную информацию можно найти на сайте нашей организации www.rigol-shop.ru.

Используемые источники информации: