WaveScan — новое расширение режимов поиска и анализа сигналов
Долгое время для анализа формы сигналов и поиска содержащихся в них аномалий использовались возможности схемы синхронизации. Такой способ позволяет захватить сигнал с заданными параметрами и увидеть его четко посередине экрана, однако он не лишен некоторых недостатков. Во-первых, при смене параметров анализа захваченного сигнала повторный анализ произвести уже невозможно. Во-вторых, за время ожидания полезного события другие события, которые могут представлять интерес для анализа, теряются из-за простоя схемы запуска развертки. В-третьих, даже расширенные возможности схемы синхронизации имеют достаточно ограниченный набор условий запуска или ограниченный диапазон задаваемых параметров для таких условий. Например, длительность импульса ограничена значением 500 пс, а скорость нарастания сигнала значением 1 нс, в то время как сами цифровые осциллографы имеют способность отображать гораздо более короткие импульсы или сигналы с гораздо большей скоростью нарастания фронтов.
Более широкие возможности анализа сигналов как в реальном масштабе времени, так и уже захваченных и сигналов длинной памяти обеспечивают режимы трендов и графиков слежения, построенные по результатам обработки выбранного вида измерения. В основе этого типа анализа лежат методы цифровой обработки захваченных осциллографом сигналов. Существует только некоторая ограниченность тех или иных алгоритмов измерения амплитудно-временных параметров и максимальной частоты дискретизации конкретного экземпляра цифрового осциллографа. Но и этот способ не является идеальным, поскольку позволяет обеспечить анализ сигналов только на основе временных измерений, плохо применим для амплитудных измерений входного сигнала, не позволяет регистрировать некоторую структуру сигналов, например немонотонности и ранты, и сопряжен со значительными временными затратами при анализе.
Разработанный компанией LeCroy (США) режим WaveScan является новым программным инструментом анализа и поиска артефактов как в сигнале реального времени, отображаемого на экране осциллографа, так и в сигнале, записанном в длинную память цифрового осциллографа. Базой создания режима WaveScan явились принцип сбора информации X-Stream и вычислительные возможности открытой платформы осциллографов LeCroy, способные записывать в память для последующей обработки большие массивы данных, производить аналитическую обработку этих массивов по заданным алгоритмам, включая штатные алгоритмы измерений, и выводить информацию на экран осциллографа в видах, удобных для наблюдения пользователем. При этом осциллографы LeCroy регистрируют все результаты измерений буфера данных, полученных за один проход развертки входного сигнала. Это выгодно отличает возможности режима WaveScan от аналогичных режимов, построенных на принципах расширенных возможностей схемы синхронизации или обработки внешними программными средствами. Еще одной основой режима WaveScan в части вывода на экран результатов анализа сигналов явился успешный опыт, полученный на основе декодирования шин CAN, где также необходима регистрация и отображение сигнала по заданным условиям. Некоторые вполне успешные решения, ранее примененные при анализе шин CAN, использованы в режиме WaveScan, а также при декодировании таких сигналов, как I2C и SPI.
Режим WaveScan имеет следующие особенности:
— захват и поиск при однократном запуске развертки и при последующем выборе режима поиска и методе отбора. При этом режим поиска и метод отбора для одного и того же сигнала могут изменяться бесконечное число раз;
— сканирование — выбор режима поиска и метода отбора для накопления информации и статистики при регистрации периодических или редких событий;
— возможность поиска многократно повторяющихся событий, что недоступно для условий запуска схем синхронизации, в то время как для программного поиска, каким является WaveScan, можно обнаружить все случаи наступления заданного события, зарегистрированные в длиной памяти осциллографа;
— автоматическая навигация по событиям с масштабированием по горизонтали и вертикали, интуитивно понятная любому пользователю;
— большое количество типов регистрируемых событий в отличии от условий запуска схем синхронизации. Программная обработка имеет гораздо более широкий спектр возможностей, чем схемы запуска, и позволяет обнаружить практически любое событие, которое можно описать алгоритмами измерения и обработки, а также нарастить новые возможности, исходя из существующих требований;
— анализ — использование функций накопления и построения гистограмм по результатам заданного режима поиска и метода отбора событий;
— возможность выявления событий с малой длительностью. Схемы запуска развертки имеют достаточно ограниченные пределы возможностей. Так например, осциллографы LeCroy имеют ограничение по длительности схемы запуска развертки менее 500 пс, в то время как возможности осциллографа SDA-18000 позволяют анализировать системы последовательной передачи данных со скоростями до 12 Гбит/с. В основе работы режима WaveScan лежат программные методы обработки сигналов, возможности которых ограничены только частотой дискретизации конкретного типа осциллографа LeCroy. А как уже отмечалось выше, частота дискретизации современных осциллографов LeCroy составляет 60 Гвыб/с, что позволяет обнаруживать импульсы длительностью до 50 пс, что в десять раз превосходит возможности схемы синхронизации.
На рисунке приведен общий вид экрана осциллографа LeCroy в режиме WaveScan.
Осциллографы LeCroy в режиме анализа сигнала WaveScan имеют следующие режима поиска сигналов: фронта; немонотонности; рантов; по заданным измерениям.
Захват и поиск сигнала при однократном запуске развертки и сканирование сигнала при выбранном режима поиска базируются на одних и тех же принципах обработки входного сигнала. Но если при однократном запуске развертки пользователь имеет больший ресурс времени на более детальное изучение захваченного сигнала, то при сканировании сигнала изменение режима поиска и отбора не является предпочтительным, но предоставляет возможность поиска во входном сигнале участков с заданными параметрами, программирование действий при обнаружении этих сигналов, накопление и анализ статистики появления заданных пользователем событий.
Основными особенностями наличия режима WaveScan являются:
— маркер красного цвета, который отмечает на осциллограмме участки сигнала, соответствующие заданному режиму и методу поиска сигнала;
— формирование таблицы результатов, соответствующей заданному режиму и методу поиска сигнала. Таблица состоит из двух колонок: первая — номер поиска по порядку, вторая — числовое значение результатов поиска. Выбор строки таблицы результатов приводит к цветовому выделению на входном сигнале маркера, соответствующего данному поиску, и поиска данного фрагмента на масштабированном сигнале растяжки. Таблица результатов поиска содержит до 10000 значений. Это означает, что осциллографы LeCroy в режиме анализа сигнала WaveScan способны зафиксировать десять тысяч участков сигнала по заданным условиям;
— растяжка «Мульти-Зум» обеспечивает масштабирование исходного сигнала до удобных для просмотра размеров и перемещение по меткам по принципу «Предшествующий — Следующий» (заданный режимом «Мульти-Зум» фрагмент будет выделен в таблице результатов). При этом фрагмент, выделенный растяжкой «Мульти-Зум», также отмечается на основном сигнале яркостной градацией;
— дополнительная осциллограмма «Scan Наложение», представляющая собой последовательное наложение в режиме послесвечения или без него заданных фрагментов исходного сигнала;
— гистограмма (режим поиска по заданным параметрам) отображающая статистическое распределение выбранного параметра измерения.
