Изменения в требованиях к полевым испытаниям цифровых осциллографов высокого разрешения 

Полевые испытания являются ключевым этапом в полном цикле разработки, эксплуатации и приемки электронного оборудования. Их основная задача заключается в точном считывании и анализе различных электрических сигналов в сложных и нестабильных условиях на месте, определении неисправностей оборудования и проверке эксплуатационных характеристик, что обеспечивает надежную информационную поддержку для оптимизации продукции и устранения неполадок.

Характеристики цифровых осциллографов высокого разрешения и их приспособленность к полевым испытаниям

Основное отличие цифровых осциллографов высокого разрешения от обычных осциллографов заключается в их аппаратном вертикальном разрешении ≥12 бит (без программной интерполяции), что в сочетании с высокой частотой дискретизации, большим объемом памяти и низким уровнем шума идеально соответствует основным требованиям полевых испытаний: «сложные условия, точные измерения, удобство эксплуатации».

Характеристики цифровых осциллографов
Сверхвысокое вертикальное разрешение: основным стандартом является встроенное аппаратное вертикальное разрешение ≥12 бит, причем разрешение 12 бит позволяет разделить полный диапазон напряжения на 4096 частей, а 16-битная — на 65536 частей, что в 16–64 раза превышает возможности традиционных 8-битных осциллографов (только 256 частей). Это позволяет точно улавливать колебания сигнала на уровне милливольт и даже микровольт, не допуская замазывания деталей слабых сигналов из-за ошибок квантования.

Высокая частота дискретизации в реальном времени и большой объем памяти: при полевых испытаниях тестируемый сигнал часто содержит высокочастотные переходные процессы и случайные аномальные сигналы; высокая частота дискретизации в реальном времени (не менее чем в 5 раз выше частоты тестируемого сигнала) обеспечивает воспроизведение сигнала без искажений и предотвращает искажения при дискретизации высокочастотных сигналов; большой объем памяти определяет длину сигнала, которую можно непрерывно записывать; как правило, для полевых испытаний требуется объем памяти не менее 100 Мточек, что позволяет избежать обрезания важных сигналов.

Низкий уровень шума и высокая чувствительность триггера: в полевых условиях присутствует множество факторов помех, таких как электромагнитные помехи и колебания напряжения питания. Низкий уровень шума (обычно не более 20 мкВ) позволяет эффективно отделить полезный сигнал от помех, а высокая чувствительность триггера позволяет быстро фиксировать интересующий сигнал, не пропуская случайные сигналы неисправностей, что значительно повышает эффективность полевых испытаний.

Портативность и адаптация к условиям окружающей среды: условия полевых испытаний разнообразны и могут включать сложные условия, такие как работа на открытом воздухе, на высоте или в автомобиле. Цифровые осциллографы высокого разрешения часто имеют облегченную конструкцию (вес некоторых портативных моделей составляет менее 2,5 кг), оснащены встроенным литиевым аккумулятором, обладают защитой от пыли, ударопрочностью и способностью работать в широком диапазоне температур, а также оснащены цветным сенсорным экраном и удобным интерфейсом, поддерживающим функцию «нажми и измеряй».

Многофункциональная интеграция: основные модели цифровых осциллографов высокого разрешения объединяют в себе функции осциллографа, цифрового измерителя, регистратора, анализатора шин и других приборов. Они поддерживают анализ различных последовательных протоколов (CAN, SPI, I2C), спектральный анализ FFT, анализ источников питания и другие расширенные функции, что позволяет выполнять многоплановые полевые испытания без необходимости носить с собой множество отдельных приборов.

Требования к адаптивности цифровых осциллографов при полевых испытаниях
Полевые испытания характеризуются «сложными условиями окружающей среды, слабыми сигналами, высокими требованиями к удобству тестирования и необходимостью отслеживания данных». С учетом характеристик цифровых осциллографов высокого разрешения необходимо решить следующие задачи: во-первых, в сложных условиях низкий уровень шума и конструкция с защитой от помех могут обеспечить точность тестовых данных, предотвращая ошибочные заключения, вызванные помехами окружающей среды; во-вторых, способность улавливать слабые сигналы позволяет точно измерять типичные для полевых условий пульсации питания, слабые сигналы датчиков, радиочастотные помехи и т. д., что дает ключевую основу для локализации неисправностей; в-третьих, портативность и многофункциональность снижают затраты на транспортировку оборудования для полевых испытаний и повышают эффективность тестирования; в-четвертых, функции хранения и экспорта данных позволяют сохранять тестовые данные в режиме реального времени и проводить их автономный анализ, удовлетворяя потребности в отслеживании данных полевых испытаний и формировании отчетов

Тестирование базовых станций 5G и беспроводного оборудования в полевых условиях

С ускорением коммерческого внедрения технологии 5G-A рабочий диапазон радиочастотных модулей базовых станций расширился до миллиметрового диапазона (24–52 ГГц). Основные требования к полевым испытаниям заключаются в проверке качества передачи сигнала базовой станции, выявлении радиочастотных помех, обнаружении фазового шума и других ключевых показателей. Цифровые осциллографы высокого разрешения, благодаря высокой полосе пропускания (≥40 ГГц), высокой частоте дискретизации (＞120 ГС/с) и низкому уровню шума (до -155 дБн/Гц), стали основным испытательным оборудованием в данной области.

Конкретные области применения включают: во-первых, тестирование РЧ-модулей миллиметрового диапазона, синхронный захват IQ-сигналов во временной области, расчет однополосного фазового шума с помощью преобразования Фурье (FFT) для проверки соответствия требованиям протокола 3GPP (например, фазовый шум в диапазоне 28 ГГц < -110 дБc/Гц при смещении 1 МГц), а также сопоставление кривых ошибки модуляции (EVM) и фазового шума для определения точек ухудшения модуляции; во-вторых, мониторинг сигналов воздушного интерфейса базовой станции: использование портативного осциллографа высокого разрешения для мониторинга в реальном времени передаваемого сигнала базовой станции, сравнение теоретической и измеренной форм сигналов для выявления проблем, таких как искажение сигнала и помехи; в-третьих, тестирование беспроводных оконечных устройств: тестирование радиочастотных сигналов передачи и чувствительности приема мобильных телефонов и устройств Интернета вещей, захват сигналов переходных помех и оптимизация стабильности связи устройств.

Основные преимущества: решение проблемы, связанной с тем, что традиционные анализаторы спектра не могут синхронно фиксировать аномалии во временной области и паразитные сигналы в частотной области, реализация корреляционного анализа во временной и частотной областях, быстрое обнаружение сбоев связи между базовыми станциями и оконечными устройствами, обеспечение покрытия сети 5G и надежности передачи данных. Один из производителей оборудования, развернув кластер осциллографов высокого разрешения, повысил эффективность тестирования РЧ-модулей 28 ГГц на 650%, а долю брака снизил с 82% до 98,5%.

Например:

Серия DHO800 — это новая линейка экономичных цифровых осциллографов, специально разработанная для широкого рынка основных цифровых осциллографов с целью удовлетворения потребностей в проектировании, наладке и тестировании. Несмотря на компактную конструкцию, они обладают превосходными характеристиками. Основанная на технологической платформе «Centaurus», она обладает частотой дискретизации до 1 000 000 wfms/s (в режиме UltraAcquire), глубиной памяти 25 Mpts, 12-битным разрешением и низким уровнем шума, что позволяет удовлетворить потребности в тестировании в сферах НИОКР, образования и науки. Сенсорный экран высокого разрешения, стильный внешний вид, богатый набор интерфейсов и другие удобные функции обеспечивают превосходный пользовательский опыт.
Полоса пропускания аналоговых каналов: 70 МГц для моделей DHO802 и DHO804; 100 МГц для моделей DHO812 и DHO814
Разработан на базе технологической платформы RIGOL «Centaurus»
Сверхнизкий уровень шума, более чистый сигнал, никаких пропусков слабых сигналов
Максимальная аналоговая полоса пропускания 100 МГц, 4 аналоговых канала, двухканальные модели в стандартной комплектации оснащены внешним триггером, максимальная скорость оцифровки 1,25 ГГц