Цифровой осцилограф

(123 ГОСУДАРСТВЕННОЕ патентное ведомство гвспъгвликгт ведш- усь(73) Патентообладатели Лисенков Борис Николаевич, Немировский Владимир моисеевич, Синъкевич Валентин Максимович1. Цифровой осциллограф, содержащий тракт вертикального отклонения, вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а первый выход - с входом У дисплея, первое устройство сравнения, первый вход которою подключен к шине сигнала синхронизации,второй вход - ко второму выходу тракта вертикального отклонения, а выход - к входу блока развертки, выход которою соединен с входом Х дисплея, второе устройство сравнения. вход которого подключен ко второму выходу первого устройства сравнения, отличающийся тем, что в него введен первый одно- вибратор и триггер, первый вход которого соединен с выходом второго устройства срав пения. второй вход - с выходом первого одно2. Цифровой осциллограф по п. 1, отлича г ющийся тем, что в него введен второй одно Ок вибратор, вход которою соединен со вторымИзобретение относится к радиоизмерительной технике п может быть использовано при разработке цифровых осциллографов и анализаторов логических уровней.Одна из важны задач современной осцилЛОГРЗФНИ - НССЛСЦОБННЕЫЕ СЛОЖНЫХ СНГН 3 Г 1 ОВ НЗПРПМВР, ТПКИХ. КОТОРЫЕ ПРСДСТЗВЛЯЮТ СЭОЙ совокупность периодического и случайного(редко повторяющегося) сигналов. Такая проблема часто возникает, например, в ядерной физике при исследовании потока частиц разньо энергий. Аналогичная ситуация имеет место при наладке цифровых схем, когда на постедоватепьносги импульсов возникают случайные паразитные всплески, искажающие работ) схемы.Наибольшую трудность представляет регист Р 1 ЦНЯ СЛУЧЗЙНОГО сигнала, например ПЗрЗЗИТ НОГО ВСПЛВСКЗ, ВОЗНИКЗЮШСГО ОДИН рЦЗ за множество реализаций исследуемого повторяющегося сигнала, когда изображение последнего на экране осциллографа периодически возобновляется независимо от наличия паразитных всплесков.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой осциллограф, содержащий тракт вертикального отклонения, вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а первый выход - с входом У дисплея, первое устройство сравнения,первый вход которого подключен к шине сигнала синхронизации. второй вход - ко второму выходу тракта вертикального отклонения, а выход - к входу блока развертки, выход которого соединен с входом Х дисплея, второе устройство сравнения, вход которого подключен ко второму выходу первого устройства сравнения. При этом выход второю устройства сравнения подключен к третьему входу дисплея 1.В прототипе первое устройство сравнения ОСУЩЕСГВЛЯСТ формирование СИНХРОИМПУЛЬСОБ по первому условию синхронизации, в частНОСТН, ПО ДОСТИЖЕНИЮ ВХОДНЫМ СИГНБЛОМ УСтановленного порогового уровня синхронизации. Второе устройство сравнения формирует импульс, синхронный с кратковреМСВНЫМ ВСПЛВСКОМ на ВХОДНОМ СИГНЗЛВ, КОГДЗ длительность всплеска окажется короче длительности установленного порогового интервала. Для этого в качестве второго устройства сравнения применен селектор импульсов по длительности. Его выходной сигнал, синхронный с кратковременным всплеском, используется не для запуска развертки осциллографа,а для формирования метки в месте (точке) возникновения всплеска. Благодаря этому, регистрируются кратковременные всплески, повторяющиеся с частотой исследуемого сигнала и синхронные с ним. В этом случае на непре ирывно возобновляемом изображении исследуеМОЮ ПОБТОрЯЮШЕЮСЯ СНГННЛЗ МЕТКЗ. СООТВЕТствуюшая всплеску. будет четко ФПКСПРПБЗТЬСЯ. Т.К. ОНЗ НЗХОДИТГСЯ Б ОДНОМ П том же месте изображения сигнала п выводится на каждой развертке.Однако эти всплески не тиогут быть зарегисгрированы С ВЫСОКОЙ ДОСТОВСРНОСТЬЮ. ЕСЛИ они появляются значительно реже, чем основной повторяющийся сигнал, или несинхронньт с ним. Например. в автоматическом и ждущем режимах зарегистрированный Цифровым осцгьътографом всплеск, несинхроннътй с исследуемым сигналом, появится на экране в Штучайном месте изображения сигнала только на время индикации одного кадра (1/ 5 1/20 сек), и оператор вряд ли заметит метку на экране осциллографа. В режиме однократного запуска оператор будет вынужден просмотреть множество реализаций сложного сигнала. каждый раз осуществляя запуск развертки кнопкой Пуск. В случае же редко повторяющихся всплесков оператор будет вынужден СЛИШКОМ долго и многократно нажимать кнопку Пуск,чтобы зарегистрировать хоть один всплеск. При этом вероятность регистрации однокР 3 Т ного всплеска практически равна нулю.Задача изобретения - обеспечение достоверной фиксации едут-тайного однократного сигнала на фоне исследуемого повторяющегося сигнала.граф, содержащий тракт вертикального отклонения, вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а первый выход - с входом У дисплея, первое устройство сравнения,первый вход которого подключен к шине сигнала синхронизации, второйвход к второму выходу тракта вертикального отклонения, а выход - к входу блока развертки, выход которого соединен с входом Х дисплея, второе УСТрОЙСГВО сравнения, ВХОД КОТОРОГ ПОТКЛК чен к второму выходу первого устройства сравнения, введены одновибратор и триггер,первый вход которого соединен с выходом второго устройсгва сравнения, второй вход - с выходом одновибратора, а выход - с управляющим входом блока развертки.Для автоматического задания времени фикСЗЦИН ОДНОКРЗТНОГО СИГНЭЛЭ ВВОДИТСЯ ВТОрОй одновибратор, входом подключенный к ВТОРОму выходу блока развертки, а выход - к входу первого одновибратора.На фиг.1 представлена структурная схема цифрового осциллографа, построенного в соответствии с изобретением. При этом на фиг. 1 не показаны источники питания и органы управления, входящие в состав блоков 1 - 5, 7.На фиг.2 а изображена форма сигналов в характерных точках структурной схемы цифро вого осциллографа. При этом на фиг. 2 а представденд форма входного сложного сигнала. включающего прямоугольный периодический сигнал п однократный сигнал в виде кратковременного БСПЛССКЭ. дНа фнгдб представлена форма сигнала. на выходе первого устройства сравнения.На фигдв изображена форма сигнала на выходе второю устройства сравнения.На фнгдг показана форма сигнала на выходе триггера.Цифровой осциллограф состоит из тракта 1 вертикального отклонения, первою усгроиства 2 сравнения. блока 3 развертки, дисплея 4. второго устройства 5 сравнения, триггера 6. первою одновибратора 7 и второго одновибратора 8.Вход тракта 1 вертикального отклонения соединен с шиной исследуемого сигнала, а первый выход - с входом У дисплея 4. Первый вход первою устройства 2 сравнения подключен к шине сигнала синхронизации, а второй вход - к второму выходу тракта 1 вертикального отклонения. Первый выход первою устройства 2 сравнения соединен с входом блокаКЗдразвертки. Первый выход блока З разверткиподключен к входудисплея 4. Вход второго устройства 5 сравнения соединен с вторым выходом первого устройства 2 сравнения. Выход второго устройства 5 сравнения подключен к первому входу триггера 6. Второй вход триггера 6 соединен с вьшодом первою одновибратора 7. Выход триггера 6 подключен куправляющему входу блока 3 развертки. Вто- рой выход блока 3 развертки соединен с входом второю одновибратора 8. Выход второго одновибратора 8 подключен К ВХОДЗ первого ОДНОвибратора 7. Тракт 1 вертикального отклонения состоит из аттенюатора, истокового повторителя и широкополосного усилителя постоянного тока.Устройства 2, 5 сравнения предназначены для формирования импульсов, синхронных с исследуемым сигналом. Такое формирование осуществляется путем сравнения соответствуюшею параметра исследуемого сигнала с порогом, в качестве которого используют уровень напряжения, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВЭВМБННОГО ИНТЕРвадча, цифровой код (при исследовании кодовой последовательности), крутизну сигнала и т.д.Цифровой осциллограф предназначен для исследования сложного сигнала и работает следующим образом. Исследуемый сигнал(фиг 2 а) поступает на вход тракта 1 вертикального отклонения, и после усиления нормированный по амплитуде входной сигнал подается на вход У дисплея 4. Дискретизация входного сигнала (развертки по времени) осуществляется сигналом, поступающим с первою выхода блока 3 развертки на вход Х дисплея4. На экране дисплея 4 формируется изображенне исследуемого входною сигначп (фигда) . Временная привязка полученного изображения осуществляется сигналом. поступающим на вход блока 3 развертки с первою выхода первою устройство 2 сравнения (фигдб). Устройство 2 сравнения сравнивает сигнал сгшхронизации Ысин с пороговым напряжением Уровень и формирует импульс в случае пересечения сигналом синхронизации порогового уровня. В режиме внутренней синхронизации в качестве сигнала синхронизации используют исследуемый сигнал с второю выхода тракта 1 вертикального отклонения. С первою выхода устройства 2 сравнения синхроимпульс поступает на вход блока З развертки и запускает развертку (фиг/до). При этом осуществляется периодический запуск синхронно с повторяющимся исследуемым сигналом (который является одной из составляющих сложного входного. сигнала). На экране дисплея 4 периодически Возобновляется изображение исследуемого повторяющегося сигнала и ею изменение во времени. Кроме запуска развертки, первое устройство 2 сравнения формирует на втором выходе вспомогательный импульсный сигнал, фронт н срез которого совпадают по времени с моментами пересечения исследуемым сигналом порогового уровня. При появлении в сложном сигнале кратковременного всплеска, превышающего по амплитуде уровень синхронизации устройства 2 сравнения, на вспомогательном импульсном сигнале появляется импульс, длительность которого соответствует длительности всплеска,Если эта длительность окажется меньше, чем ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПОВОГОВОПЭ ИНТВРВВЛЗ ВТОРОГО УСтройства 5 сравнения, то на выходе последнею появится импульс (фигдв). Если отличительным признаком однократного сигнала является не его длительность, а другой параметр, то устройство 5 сравнения должно формировать синхроимпулъс по превышению этим параметром соответствуюшего порога. Например, если отличительным признаком однократного сигнала является амплитуда, то в качестве устройства 5 сравнения используется компаратор напряжения. Под воздействием импульса с выхода усгройства 5 сравнения триггер 6 запоминает информацию о том, что в составе СЧОЖНОТО ВХОДНОГО СИГНЗЛЗ ПОЯВИЛСЯ КРЗТКОвременный всплеск (фигдг). Поскольку при исследовании упомянутого сложного сигнала наибольший интерес для оператора представляет тот участок исследуемого повторяющегося СНГНЕЛЗ, на КОТОРОМ ВОЗНИКЗЕТ кратковременный всплеск (фиг.2 а), то выходной сигнал триггера б (фигдг) используют для блокировки последующих запуском блока 3 развертки сннхроимпульсами устройства 2 сравнения.После того. как цифровое запоминающее устройство дисплея 4 заполнится выборками входного сигнала. осциллограф переходит в режим отображения запомненной информации. Так как новые запуски развертки невозможны нз-за наличия сигнала блокировки с выхода триггера 6 (фигдг), то на экране дисплея 4 постоянно отображается именно тот участок повторяющегося сигнала. на котором зафиксирован интересующий оператора случайный кратковременный всплеск. Это позволяет оператору наблюдать интересующий его участок входного слиняла (фиг.2 а) и оценить временное положение однократного всплеска на повторяющемся сигнале, что представляет ценную информацию при исследовании, например, паразитных импульсных помех и наводок в цифровых схемах.Время наблюдения интересующего участка сложного сигнала с зафиксированным всплеском, достаточное для проведения необходимых измерений, задается оператором вручную путем запуска одновибратора 6 кнопкой Пуск, входящей в его состав. Одновибратор формирует импульс сброса, которым устанавливает триггер 6 в исходное состояние, разрещая запуск блока 3 развертки повторяющимся сигналом. Время наблюдения можно задать и автоматически с помощью дополнительного одновибратора 8, формирующего импульс, длительность которого задает время блокировки триггера 6 и соответственно время нарастания однократного всплеска на экране дисплея 4.Таким образом, цифровой осциллограф позволяет исетедовать сложный сигнал, представляющий собой совокупность повторяющегося и однократного сигналов, и обеспечивает непрерывный контроль формы исследуемого сигнала и достоверную фиксацию однократного сигнала на фоне последнего. Время фиксации (наблюдения) однократного сигнала на фоне повторяющегося сигнала может задаваться оператором как вручную, так и автематически. Непрерывный контроль формы сигнала обеспечивается запуском развертки цифрового осциллографа синхронно с исследуемым повторяющимся сигналом, благодаря че лму достигается постоянное возобновление изображения исследуемого повторяющегося сигнала на экране цифрового осциллографа. При этом достоверность фиксаци однократного сигнала обеспечивается блокировкой запуска развертки после появления однократного сигнала, ЧСМ ЦОСТИГЗЕТСЯ ЗВТОМЕТИЧЕСКОЕ ЗЗПОЬАПНЦННЕоднократного сигнала на фоне исслсдуеьтого ПОВТОРЯЮШВГОСЯ.Сопоставление предлагаемого осциллографа с прототипом 1 показывает, что для выполнения той же задачи необходимо два осциллографа-прототипа, один из которых используется для наблюдения только повторяющегося сигнала (в автоматическом или ждущем режимах), а другой - для запоминания однократного (случайного) сигнала на фоне повторяющегося сигнала (в однократном режиме запуска). Однако, даже использование двух осциллографов не всегда гарантирует достоверность фиксации однократного сигнала на фоне повторяющегося сигнала, например, коша амплитуда однократного сигнала меньше илиравна амплитуде повторяющегося сигналаГосударственное патентное ведомство Республики Беларусь.