ربما يعرف الجميع كيفية استخدام الذبذبات. من السهل جدًا - ربط "التمساح" بالأرض ، وطرف المجس - إلى نقطة القياس المطلوبة ، وضبط المقياس على طول المحورين الرأسي والأفقي والحصول على فحص مؤقت للجهد في هذه المرحلة. نعم ، يمكن القيام بذلك ، ولكن فقط إذا أخذت في الاعتبار عددًا من العوامل ، والتي سيتم مناقشتها في هذه المقالة. وإذا لم تأخذ في الاعتبار ، فهناك فرصة في أن تكون الصورة المستلمة على شاشة الذبذبات صورة غير مجدية. وكلما انخفضت تكلفتها ، زاد احتمال حدوثها.
يجب أن أقول على الفور أن المقال لا يناقش واجهة التحكم وقدرات الذبذبات الإلكترونية النموذجية - وهذا بسيط نسبياً ويمكن العثور عليه ، على سبيل المثال ،
هنا . أكتب فقط حول ما ليس من السهل العثور عليه ،
ولكن من السهل أن يخسره ، خاصة باللغة الروسية. عند القراءة ، ستحتاج إلى معرفة المبادئ الأساسية لنظرية خطوط الإشارة ، على سبيل المثال ، يمكنك أن تقرأ في
أحد مطبوعاتي السابقة.
أعتقد أن السيناريو الشائع لاستخدام مرسمة الذبذبات في دورة تطوير لوحة الدوائر المطبوعة هو كما يلي: إذا لم تعمل اللوحة (دائرة كهربائية قصيرة ، ارتفاع درجة حرارة الدائرة الصغرى ، وحدة التحكم المصغرة لا تومض ، أوامر المرور لا تمر ، إلخ.) ، نبدأ في البحث عن المشكلة عن طريق اختيار مسبار الذبذبات و إذا نجحت ، فهذا جيد (الشكل 1).
علاوة على ذلك ، إذا لم يكن مطور المنتج من هواة الراديو الذين يؤدون كل هذه الوظائف بنفسه ، فيمكن أن يزداد عدد التكرارات حتى لـ "النجاح" الشرطي ، الذي يتكون في أداء المنتج. لذلك ، في حالة فصل الوظائف ، كما في حالة التطوير داخل المنظمة ، يُنصح المطور ، إن لم يكن بجمع وتصحيح العينات الأولى من المنتجات ، فعلى الأقل يكون حاضرًا في المصنع من أجل تحليل الفعالية التكنولوجية للتطوير.
في تجربتي ، بالنسبة لعينات المنتج الأولى ، يكون تجميع الكتل ، بدءًا بالنظام الفرعي للطاقة ، مع التحكم في المعلمات الكهربائية للأنظمة الفرعية أكثر فاعلية (الشكل 2).
باستخدام هذا النهج ، يتم تضييق نطاق استكشاف الأخطاء وإصلاحها ، حيث لا يمكن أن يحدث إلا في وحدة تم تجميعها حديثًا أو عندما تتفاعل هذه الوحدة مع الوحدات التي تم التحقق منها بالفعل. يضمن التحكم في المعلمات الكهربائية أن المنتج لا يعمل فقط بشكل صحيح ، ولكن تتوافق جميع الإشارات الكهربائية الرئيسية مع السلوك المتوقع. في هذه الحالة ، يكون "النجاح" أكثر شمولًا بالفعل ، ويمكننا الانتقال إلى دورة كاملة من الاختبارات مع التأثيرات الخارجية المطلوبة.
دعنا نعود إلى استخدام الذبذبات. عند وصف مكانهم في تطوير لوحات الدوائر المطبوعة ، تم وضع مبدأ مهم للقياسات (والقياسات مع الذبذبات على وجه الخصوص) ضمنيا ، وهو ما يتحدث عنه إريك بوجاتين في محاضراته.
حتى لحظة القياس ، من الضروري أن يكون لديك فكرة عن النتيجة المتوقعة. في حالة تزامن التوقعات والواقع ، يمكننا التحدث عن النموذج الصحيح للعملية ، في حالة وجود تباين كبير - إما الحاجة إلى التحقق المزدوج من المعلمات المتوقعة (التي تم الحصول عليها باستخدام حسابات تحليلية مباشرة أو نتائج محاكاة أو بناءً على الخبرة) ، أو قياس غير صحيح ، أو أداء غير صحيح للمنتج .
في سياق موضوع النشر ، يجدر الانتباه إلى خيار القياس الخاطئ. في القياسات باستخدام الذبذبات ، كما لم يحدث من قبل ، نطبق "تأثير المراقب" من فيزياء الكم ، عندما يؤثر وجود المراقب على العملية المرصودة. على شاشة مرسمة الذبذبات ، يمكنك ملاحظة أنه لن يكون له أي علاقة بالواقع. نحن معرفة كيفية منع هذا.
لنبدأ بصياغة النتيجة النهائية المثالية: لاحظ على شاشة الذبذبة فحصًا مؤقتًا للجهد عند نقطة معينة من خط الإشارة في نقطة زمنية معينة دون تقديم تشوهات. فليكن هناك راسم مثالي عالي السرعة مع عرض نطاق غير محدود ، مما يوفر تحويلًا تناظريًا رقميًا بمستوى الدقة المطلوب. ثم ، لحل المشكلة ، يجب إرسال إشارة من نقطة على لوحة الدوائر المطبوعة إلى المدخلات المحورية لذبذبة الذبذبة ، والتي تفي بالشروط التالية:
- يوفر اتصالًا ميكانيكيًا مستقرًا بدون مقاومة تلامس عند نقاط الاتصال. يوجد اثنان منهم ، كل منهما مكافئ: أحدهما يوفر مسارًا للتيار المباشر والآخر للتيار المرتجع.
- يجب ألا يحمّل خط الإشارة المشكلة دائرة الإشارة المقاسة ، أي أنه يجب أن يكون لديه مقاومة لا نهائية.
- لا ينبغي لخط الإشارة المشكل إدخال تشوهات في الإشارة المقاسة ، أي أنه ينبغي أن يكون له وظيفة نقل مسطحة في نطاق تردد لانهائي وخاصية طور خطي.
- لا ينبغي لخط الإشارة المشكّل إدخال تداخله الخاص في الإشارة المقاسة ، كما يجب حمايته بشكل مثالي من التداخل الخارجي.
بالطبع ، في الحالات العامة ، هذه الشروط ليست مجدية ، ومع ذلك ، فإن صياغة النتيجة النهائية المثالية مفيدة في تحليل المشكلة. على وجه الخصوص ، يوفر فهمًا أن نظام القياس الحقيقي له قيود تضيق نطاق القياسات الموثوقة.
في التين. يوضح الشكل 3 الدائرة المكافئة لدائرة القياس باستخدام النوع الأكثر شيوعًا من مسبار "1X / 10X" ، والذي يتم تضمينه في معظم الحالات مع مجموعة قياسية من الذبذبات.
تبلغ مقاومة التيار المستمر للمسبار في موضع "10X" حوالي 9 مΩ - وهذا مقاوم متصل بالسلسلة ويشكل مقسمًا للجهد يبلغ 1:10 مع معاوقة دخل من مرسمة الذبذبات قدرها 1 مΩ. ومن هنا جاء اسم المسبار "10X" ، والذي
يقلل في هذا الوضع
من الإشارة المقاسة بمقدار 10 مرات (ولكن لا توجد التقاطات وضوضاء مقدمة من النظام). في موضع التبديل "1X" ، يكون هذا المقاوم قصيرًا ومقاومة المسبار هي مقاومة الكابل المحوري للمسبار. أوصي بقياس هذه المقاومة - من طرف المجس إلى الدبوس المركزي للموصل BNC - وتأكد من أنها ليست "صفرية" ، مثل كابل متحد المحور 50 أوم ، ولكن عدة مئات من أوم. إذا قمت بقص الكبل (الشكل 4) ، يمكنك رؤية موصل نيتشروم رفيع محاط بمادة عازلة رغوية ذات ثابت عازل منخفض ~r ~ 1. هذا خط ضائع ، على سبيل المثال تم تصميم الكبل لتخفيف الانعكاسات عالية التردد بسبب التناقضات في خط إشارة القياس.
تم تصميم مكثف
أداة التشذيب C
EQ1 لتعويض أقطاب المرشح ذات المرور المنخفض (الشكل 5) في وضع "10X" بتردد قطع يصل إلى 1،5 كيلو هرتز فقط! يجب أن يكون من الواضح الآن لماذا هذا التعويض ضروري. أحيانًا لا يوجد مكثف أداة
القطع في مقبض المجس ، ولكن في النهاية البعيدة ، عند الموصل - ثم C
EQ1 بقيمة اسمية ثابتة تبلغ حوالي 15 pF ، ويتم الضبط بواسطة المكثف C
EQ2 . الحث L
P هو محاثة حلقة الإرجاع الحالية.
بناءً على ما تقدم ، يمكنك الحصول على نموذج عمل لدائرة القياس الخاصة بمذبذب الذبذبات لمواقع المفتاح "10X" و "1X". يجب أن تؤخذ القيم العددية للمعلمات من الوثائق الخاصة بالتحقيقات والتذبذبات المقابلة. في هذه الحالة ، على الأرجح ، يجب ألا تختلف معلمات مختلف الشركات المصنعة اختلافًا كبيرًا في عرض نطاق معين. في المقدمة على التين. استخدمت طرازا LTSpice 6 و 7 بيانات عن الذبذبات TDS2024B ومسبار P2200.
من المهم أن نفهم أن هذه النماذج مبسطة ولا تأخذ في الاعتبار جميع المعلمات الهامشية ، وبالتالي فهي لا تعطي القيم الدقيقة لعرض النطاق الترددي. ومع ذلك ، فإنها تعطي فكرة نوعية لتأثير معلمات معينة أثناء القياس. على سبيل المثال ، النتائج الأولى التي يجب الانتباه إليها هي:
1. نطاق تمرير التحقيق في وضع 1X هو أكثر من ترتيب من حيث الحجم أصغر من وضع 10X ويبلغ حوالي 6 ... 8 ميغاهيرتز. هذا يتوافق مع الحد الأدنى لمدة حافة إشارة قابلة للقياس t
R = 0.35 / BW
PROBE ~ 45 ... 55 ns. تتمثل ميزة وضع "1X" في زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمقدار 20 ديسيبل ، حيث تكون الإشارة عند مدخل نفس الذبذبة أكبر بمقدار 10 أضعاف في نفس مستوى التداخل في نظام القياس.
2. زيادة محاثة حلقة العودة الحالية يقلل من نطاق المرور. لهذا السبب عند قياس الإشارات عالية التردد لضمان عودة التيار ، يوصى بعدم استخدام "تمساح" مع محاثة تبلغ حوالي 200 نانومتر ، ولكن غيض تحقيق خاص ، مما يقلل من الحث بترتيب من الحجم (الشكل 8).
3. يزيد تأثير مكثف التوليف في وضع "10X" على وظيفة النقل ، بدءًا من ترددات قدرها 200 ... 300 هرتز ، إلى ترددات قصوى قدرها 2 ... 3 كيلو هرتز. ولهذا السبب ، تستخدم إشارة الذبذبات ، كإشارة للمعايرة ، إشارة بتردد ساعة يبلغ 1 كيلو هرتز ، ويتم تشويه جبهاتها أثناء التوليف (الشكل 9). عادة جيدة هي إجراء تعديلات سواء عند تغيير المجس أو قناة الذبذبات ، أو بشكل دوري قبل أخذ القياسات.
بالإضافة إلى الخصائص الكهربائية للمسبار ودائرة دخل مرسمة الذبذبات في النموذج في الشكل. 3 ، تشمل المعلمات الكميات التالية: فولطية مصدر الإشارة - طيفها ، ومقاومة خرج المصدر R
S ، ومقاومة خط الإشارة Z
0 ، ومقاومة الحمل Z
LOAD - هي المعاوقة ، مع مراعاة المكون السعوي. وترد هذه المعلمات وغيرها في الجدول 1 ، فهي تحدد موثوقية نتائج القياس. المعيار الرئيسي هو أن الجزء المدروس من النطاق الطيفي للإشارة ينبغي أن يدرج في نطاق مرور نظام مسبار + الذبذبات ، بينما لا ينبغي أن تتجاوز سعة الإشارة القيم المقبولة (هذا مهم بشكل خاص عندما تكون معاوقة دخل المنظار الذبذبة 50 أوم). الباقي: التقاط إشارة وقياس معالمها هي مسألة فنية.
النقطة الأخيرة التي أريد أن أتطرق إليها هي عرض النطاق الترددي لنظام مسبار + الذبذبات. يجدر هنا تجنب الاعتقاد الخاطئ بأنك إذا قمت بإجراء الذبذبات وإجراء تحقيق مع عرض نطاق ترددي قدره 150 ميجاهرتز ، فسيكون عرض النطاق الترددي لنظام القياس 150 ميجاهرتز (وهذا ممكن فقط مع تعويض البرنامج). بالإضافة إلى ذلك ، فإن حقيقة أن 150 MHz "مكتوبة" على المسبار لا تعني دائمًا أنها حقيقية 150 MHz. لذلك ، أوصي باستخدام مولد إشارة الجيبية للتحقيق تجريبيًا في نطاق المرور. التردد الذي تنخفض فيه سعة الإشارة إلى 0.707 من القيمة عند الترددات المنخفضة ، ستكون هذه هي القيمة المطلوبة. في هذه الحالة ، يجدر الانتباه إلى ما إذا كان هناك حد أقصى محلي في وظيفة النقل. فعلت ذلك بمساعدة مولد G4-107 لعدة أنظمة قياس ، أثناء استخدام الاتصال بـ "الزنبرك" (الشكل 10). تم إجراء التعويض قبل كل قياس ، وكان عليه دائمًا إجراء تعديلات ، وإن كانت صغيرة. تم إجراء قياسات أيضًا بدون مسبار باستخدام كبل BNC متحد المحور 50 أوم. وترد النتائج في الجدول 2. التحقيق مفاجأة PP510 مع عرض النطاق الترددي المطالب من 100 ميغاهيرتز.
بشكل عام ، لتلخيص ، أود أن أقول أنه يجب عليك توخي الحذر بشأن القياسات مع الذبذبات ، واستخدام العلاقة بين النتائج المتوقعة والنتائج التي تم الحصول عليها كمرجع. بالنسبة إلى مدى التردد الأعلى ، لا تنطبق المجسات المنفعلة من النوع "1X / 10X" على قياس الإشارات التي يتجاوز عرض نطاقها 500 MHz. للقيام بذلك ، استخدم اتصالًا مباشرًا متحد المحور عند مدخل 50 أوم من مذبذب الذبذبات أو تحقيقات نشطة ، وهي تقلل إلى أبعد حد من تحريض الاتصال (بما في ذلك من خلال استخدام الاتصالات الملحومة ، ووضع الموصلات المحورية المصغرة على السبورة ، إلخ). الموضوع واسع جدًا - هناك تذبذبات منعزلة ، تحقيقات معزولة ، تحقيقات تفاضلية ومتخصصة ، ولكن كل هذا محادثة منفصلة ، خارج نطاق هذه المقالة.
لم يتم نشر هذه المواد في أي مكان من قبل ، أنا في انتظار التعليق. بعد ذلك ، سيتم إدراج المقالة ، التي ربما تكون في شكل أكثر تفصيلًا ، إلى جانب المواد المتعلقة بالعزل عالي الجهد ، كملحق في النسخة الكاملة من الكتاب في إصدار محدث. قياسات دقيقة ، والناس!