SamsPcbGuide भाग 8: सही तरंग कैसे प्राप्त करें

शायद हर कोई जानता है कि ऑसिलोस्कोप का उपयोग कैसे किया जाता है। यह बहुत आसान है - आप जमीन पर "मगरमच्छ" को हुक करते हैं, जांच की नोक - वांछित माप बिंदु तक, ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज अक्षों के साथ पैमाने को समायोजित करते हैं और इस बिंदु पर एक अस्थायी वोल्टेज स्कैन प्राप्त करते हैं। हां, यह किया जा सकता है, लेकिन केवल अगर आप कई कारकों को ध्यान में रखते हैं, जिस पर इस लेख में चर्चा की जाएगी। और यदि आप ध्यान नहीं देते हैं, तो एक मौका है कि आस्टसीलस्कप स्क्रीन पर प्राप्त छवि एक बेकार तस्वीर है। और इसकी लागत जितनी कम होगी, उतनी ही अधिक होगी।

मुझे तुरंत यह कहना होगा कि लेख नियंत्रण इंटरफ़ेस और एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक आस्टसीलस्कप की क्षमताओं पर चर्चा नहीं करता है - यह अपेक्षाकृत सरल है और उदाहरण के लिए, यहां पाया जा सकता है । मैं केवल उस बारे में लिखता हूं जो खोजने में इतना आसान नहीं है, लेकिन खोना आसान है , खासकर रूसी में। पढ़ते समय, आपको सिग्नल लाइनों के सिद्धांत के बुनियादी सिद्धांतों के ज्ञान की आवश्यकता होगी, उदाहरण के लिए, आप मेरे पिछले प्रकाशनों में से एक में पढ़ सकते हैं।

मुझे लगता है कि एक मुद्रित सर्किट बोर्ड के विकास चक्र में ऑसिलोस्कोप का उपयोग करने के लिए सामान्य परिदृश्य निम्नानुसार है: यदि बोर्ड काम नहीं करता है (शॉर्ट सर्किट, माइक्रोक्रिकिट ओवरहिट करता है, तो माइक्रोकंट्रोलर फ्लैश नहीं करता है, नियंत्रण आदेश पारित नहीं होता है, आदि), हम ऑसिलोस्कोप जांच और पिक अप द्वारा समस्या की तलाश करना शुरू करते हैं। अगर यह काम करता है, तो यह अच्छा है (चित्र 1)


इसके अलावा, यदि उत्पाद डेवलपर एक रेडियो शौकिया नहीं है जो इन सभी कार्यों को स्वयं करता है, तो सशर्त "सफलता" तक की पुनरावृत्तियों की संख्या, जो उत्पाद के कामकाज में शामिल है, बढ़ सकती है। इसलिए, कार्यों के पृथक्करण के मामले में, जैसा कि संगठन के भीतर विकास के मामले में, डेवलपर के लिए सलाह दी जाती है, यदि उत्पादों के पहले नमूनों को इकट्ठा और डीबग नहीं करना है, तो कम से कम कारखाने में मौजूद रहें ताकि विकास की तकनीकी प्रभावशीलता का विश्लेषण किया जा सके।

मेरे अनुभव में, पहले उत्पाद के नमूनों के लिए, सबसिस्टम के विद्युत मापदंडों के नियंत्रण के साथ, पावर सबसिस्टम से शुरू होने वाले ब्लॉक असेंबली बहुत अधिक कुशल है (छवि 2)।



इस दृष्टिकोण के साथ, समस्या निवारण का दायरा संकुचित हो जाता है, क्योंकि यह केवल एक नई असेंबली इकाई में हो सकता है या जब यह इकाई सत्यापित लोगों से बातचीत करती है। विद्युत मापदंडों का नियंत्रण यह सुनिश्चित करता है कि उत्पाद केवल सही ढंग से कार्य नहीं करता है, लेकिन यह सभी या मुख्य विद्युत संकेत अपेक्षित व्यवहार के अनुरूप हैं। इस मामले में, "सफलता" पहले से ही अधिक गहन है, और हम आवश्यक बाहरी प्रभावों के साथ परीक्षणों के पूर्ण चक्र पर आगे बढ़ सकते हैं।

चलो दोलन का उपयोग करके वापस आते हैं। मुद्रित सर्किट बोर्डों के विकास में उनके स्थान का वर्णन करते समय, माप का एक महत्वपूर्ण सिद्धांत (और विशेष रूप से एक आस्टसीलस्कप के साथ माप) को स्पष्ट रूप से तैयार किया गया था, जो एरिक बोगैटिन अक्सर अपने व्याख्यान में बात करते हैं।

माप के क्षण तक इसके अपेक्षित परिणाम का अंदाजा लगाना आवश्यक है। उम्मीदों और वास्तविकता के संयोग के मामले में, हम महत्वपूर्ण विसंगति के मामले में, प्रक्रिया के सही मॉडल के बारे में बात कर सकते हैं - या तो अपेक्षित मापदंडों की जांच करने की आवश्यकता है (प्रत्यक्ष विश्लेषणात्मक गणना, सिमुलेशन परिणाम या अनुभव के आधार पर उपयोग किया जाता है), या गलत माप, या उत्पाद का गलत कामकाज। ।

प्रकाशन के विषय के संदर्भ में, यह गलत माप के विकल्प पर ध्यान देने योग्य है। एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करते हुए माप में, जैसा कि पहले कभी नहीं हुआ, हम क्वांटम भौतिकी से "पर्यवेक्षक प्रभाव" लागू करते हैं, जब पर्यवेक्षक की उपस्थिति देखी गई प्रक्रिया को प्रभावित करती है। आस्टसीलस्कप की स्क्रीन पर, आप इस तरह का निरीक्षण कर सकते हैं कि इसका वास्तविकता से कोई लेना-देना नहीं है। हम यह पता लगाते हैं कि इसे कैसे रोका जाए।

आइए आदर्श अंत परिणाम के निर्माण के साथ शुरू करें: आस्टसीलस्कप स्क्रीन पर एक निश्चित समय पर सिग्नल लाइन के एक विशिष्ट बिंदु पर वोल्टेज का एक अस्थायी स्कैन विकृतियों को पेश किए बिना। चलो एक उच्च बैंडविड्थ के साथ एक आदर्श उच्च गति आस्टसीलस्कप है, जो आवश्यक स्तर के संकल्प के साथ एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण प्रदान करता है। फिर, समस्या को हल करने के लिए, मुद्रित सर्किट बोर्ड पर एक बिंदु से आस्टसीलस्कप के समाक्षीय इनपुट को प्रेषित किया जाना चाहिए, जो निम्न स्थितियों को संतुष्ट करता है:

1. संपर्क बिंदुओं पर शून्य संपर्क प्रतिरोध के साथ स्थिर यांत्रिक संपर्क प्रदान करता है। उनमें से दो हैं, दोनों समान हैं: एक प्रत्यक्ष वर्तमान के लिए एक मार्ग प्रदान करता है, दूसरा वापसी वर्तमान के लिए।
2. गठित सिग्नल लाइन को मापा सिग्नल सर्किट को लोड नहीं करना चाहिए, अर्थात इसमें अनंत प्रतिबाधा होनी चाहिए।
3. गठित सिग्नल लाइन को मापा सिग्नल में विकृतियों का परिचय नहीं देना चाहिए, अर्थात, इसमें एक अनंत आवृत्ति बैंड और एक रैखिक चरण विशेषता में एक फ्लैट स्थानांतरण फ़ंक्शन होना चाहिए।
4. गठित सिग्नल लाइन को मापा सिग्नल में अपना हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए, और बाहरी हस्तक्षेप से आदर्श रूप से संरक्षित भी होना चाहिए।

बेशक, सामान्य मामलों में, ये स्थितियां संभव नहीं हैं, हालांकि, समस्या के विश्लेषण में आदर्श अंतिम परिणाम का निर्माण उपयोगी है। विशेष रूप से, यह एक समझ प्रदान करता है कि एक वास्तविक माप प्रणाली में सीमाएं होती हैं जो विश्वसनीय माप के दायरे को कम करती हैं।

अंजीर में। चित्रा 3 सबसे सामान्य प्रकार की जांच "1X / 10X" का उपयोग करके मापने वाले सर्किट के समतुल्य सर्किट को दर्शाता है, जो कि ज्यादातर मामलों में ऑसिलोस्कोप के मानक सेट के साथ शामिल है।


"10X" स्थिति में जांच का डीसी प्रतिरोध लगभग 9 M this है - यह एक श्रृंखला से जुड़ा अवरोधक है जो 1 MΩ के इनपुट आस्टसीलस्कप प्रतिरोध के साथ 1:10 का वोल्टेज विभक्त बनाता है। इसलिए जांच का नाम "10X" है, जो इस मोड में मापा सिग्नल को 10 गुना कम कर देता है (लेकिन सिस्टम द्वारा पेश किए गए पिकअप और शोर नहीं हैं)। "1X" स्विच स्थिति में, यह रोकनेवाला छोटा है और जांच प्रतिरोध जांच समाक्षीय केबल का प्रतिरोध है। मैं इस प्रतिरोध को मापने की सलाह देता हूं - जांच की नोक से बीएनसी कनेक्टर के केंद्रीय पिन तक - और सुनिश्चित करें कि यह "शून्य" नहीं है, एक नियमित 50-ओम समाक्षीय केबल की तरह, लेकिन कई सौ ओम हैं। यदि आप केबल (छवि 4) को काटते हैं, तो आप एक पतले निचे क्रोम कंडक्टर को एक कम ढांकता हुआ निरंतर εr ~ 1 के साथ एक फोमिंग इन्सुलेट सामग्री से घिरा देख सकते हैं। यह एक हानिपूर्ण रेखा है, अर्थात्। माप संकेत लाइन में विसंगतियों के कारण केबल को उच्च आवृत्ति परावर्तन में भाग लेने के लिए डिज़ाइन किया गया है।


ट्रिमर कैपेसिटर C _{EQ1 को} केवल 10 kHz के ऑर्डर की कटऑफ आवृत्ति के साथ "10X" मोड में कम-पास फिल्टर पोल (छवि 5) की भरपाई करने के लिए डिज़ाइन किया गया है! अब यह स्पष्ट होना चाहिए कि यह मुआवजा क्यों आवश्यक है। ट्रिमर संधारित्र कभी-कभी जांच के संभाल में नहीं स्थित होता है, लेकिन कनेक्टर में - अंत में, ~ 15 pF _{के एक} निश्चित नाममात्र मूल्य का C _{EQ1 होता है} , और संधारित्र C _EQ2 द्वारा ट्यूनिंग किया जाता है। Inductance L _P रिटर्न करंट लूप का इंडक्शन है।


पूर्वगामी के आधार पर, आप स्विच "10X" और "1X" के पदों के लिए आस्टसीलस्कप के माप सर्किट का एक कामकाजी मॉडल प्राप्त कर सकते हैं। मापदंडों के संख्यात्मक मानों को संबंधित जांच और ऑसिलोस्कोप के लिए प्रलेखन से लिया जाना चाहिए। इस मामले में, सबसे अधिक संभावना है, विभिन्न निर्माताओं के पैरामीटर किसी दिए गए बैंडविड्थ के लिए महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं होना चाहिए। अंजीर पर प्रस्तुत किया गया। 6 और 7 LTSpice मॉडल ने TDS2024B आस्टसीलस्कप और P2200 जांच पर डेटा का इस्तेमाल किया।



यह समझना महत्वपूर्ण है कि ये मॉडल सरल हैं और सभी सहज मापदंडों को ध्यान में नहीं रखते हैं, इसलिए वे बैंडविड्थ के सटीक मूल्य नहीं देते हैं। हालांकि, वे माप के दौरान कुछ मापदंडों के प्रभाव का गुणात्मक विचार देते हैं। उदाहरण के लिए, पहले परिणामों पर ध्यान देना चाहिए:

1. 1X मोड में जांच पासबैंड 10X मोड की तुलना में छोटे परिमाण के एक आदेश से अधिक है और लगभग 6 ... 8 मेगाहर्ट्ज तक है। यह न्यूनतम औसत दर्जे का सिग्नल एज अवधि t _R = 0.35 / BW _PROBE ~ 45 ... 55 ns से मेल खाता है। "1X" मोड का लाभ सिग्नल-टू-शोर अनुपात 20 डीबी से बढ़ा है, क्योंकि माप प्रणाली में हस्तक्षेप के समान स्तर पर, ऑसिलोस्कोप के इनपुट पर सिग्नल 10 गुना बड़ा है।

2. रिटर्न चालू लूप की प्रेरण को बढ़ाने से पासबैंड कम हो जाता है। इसीलिए जब रिटर्न करंट को सुनिश्चित करने के लिए हाई-फ़्रीक्वेंसी सिग्नल्स को मापा जाता है, तो ~ 200 nH के इंडक्शन के साथ "मगरमच्छ" का उपयोग नहीं करने की सिफारिश की जाती है, लेकिन एक विशेष जांच टिप, जो परिमाण के क्रम से इंडक्शन को घटाती है (चित्र 8)।

3. ट्रांसफर फ़ंक्शन पर "10X" मोड में ट्यूनिंग कैपेसिटर का प्रभाव बढ़ता है, 200 ... 300 हर्ट्ज की आवृत्तियों से शुरू होकर, अधिकतम 2 ... 3 kHz की आवृत्तियों पर। इसीलिए, एक अंशांकन संकेत के रूप में, ऑसिलोस्कोप आमतौर पर 1 kHz की घड़ी आवृत्ति के साथ एक संकेत का उपयोग करते हैं, जिनके मोर्चे ट्यूनिंग के दौरान विकृत होते हैं (चित्र 9)। एक अच्छी आदत जांच या आस्टसीलस्कप चैनल बदलते समय या समय-समय पर माप लेने से पहले समायोजन करने की है।


अंजीर में मॉडल में आस्टसीलस्कप की जांच और इनपुट सर्किट की विद्युत विशेषताओं के अलावा। 3, मापदंडों में निम्नलिखित मात्राएं शामिल हैं: सिग्नल स्रोत का वोल्टेज - इसका स्पेक्ट्रम, स्रोत आर _एस का आउटपुट प्रतिरोध, सिग्नल लाइन जेड _{0 का} प्रतिबाधा, लोड प्रतिबाधा Z _LOAD - यह प्रतिबाधात्मक घटक को ध्यान में रखते हुए प्रतिबाधा है। ये और अन्य पैरामीटर तालिका 1 में प्रस्तुत किए गए हैं, वे माप परिणामों की विश्वसनीयता निर्धारित करते हैं। मुख्य मानदंड यह है कि सिग्नल के वर्णक्रमीय बैंड के अध्ययन वाले हिस्से को जांच + आस्टसीलस्कोप प्रणाली के पासबैंड में शामिल किया जाना चाहिए, जबकि सिग्नल आयाम स्वीकार्य मूल्यों से अधिक नहीं होना चाहिए (यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जब आस्टसीलस्कप का इनपुट प्रतिबाधा 50 ओम है)। बाकी: इसके मापदंडों का संकेत कैप्चर और माप एक तकनीकी मामला है।


अंतिम बिंदु जिस पर मैं ध्यान केंद्रित करना चाहता हूं वह जांच + आस्टसीलस्कप प्रणाली की बैंडविड्थ है। यहां यह गलत धारणा से बचने के लायक है कि यदि आप एक आस्टसीलस्कप और 150 मेगाहर्ट्ज के बैंडविड्थ के साथ जांच लेते हैं, तो मापने की प्रणाली की बैंडविड्थ 150 मेगाहर्ट्ज होगी (यह केवल सॉफ्टवेयर क्षतिपूर्ति के साथ संभव है)। इसके अलावा, इस तथ्य पर कि जांच में 150 मेगाहर्ट्ज "लिखा हुआ" है, इसका मतलब यह नहीं है कि ये वास्तविक 150 मेगाहर्ट्ज हैं। इसलिए, मैं साइनसॉइडल सिग्नल जनरेटर का उपयोग करने की सलाह देता हूं ताकि प्रयोगात्मक रूप से पासबैंड की जांच की जा सके। कम आवृत्ति पर मूल्य से सिग्नल आयाम जिस आवृत्ति पर 0.707 तक कम हो जाता है, यह वांछित मूल्य होगा। इस मामले में, यह ध्यान देने योग्य है कि क्या हस्तांतरण समारोह में स्थानीय मैक्सिमा हैं। मैंने "वसंत" (छवि 10) के साथ कनेक्शन का उपयोग करते हुए, कई माप प्रणालियों के लिए जी 4-107 जनरेटर की मदद से ऐसा किया। प्रत्येक माप से पहले मुआवजे का प्रदर्शन किया गया था, और हमेशा समायोजन करना पड़ता था, भले ही वे छोटे होते थे। 50-ओम की समाक्षीय बीएनसी केबल का उपयोग करके जांच के बिना भी माप किए गए थे। परिणाम तालिका 2 में प्रस्तुत किए गए हैं। 100 मेगाहर्ट्ज के दावा किए गए बैंडविड्थ के साथ हैरान पीपी 510 जांच।



सामान्य तौर पर, संक्षेप में, मैं कहना चाहता हूं कि आपको एक आस्टसीलस्कप के साथ माप के बारे में सावधान रहना चाहिए, और एक संदर्भ के रूप में अपेक्षित और प्राप्त परिणामों के बीच संबंध का उपयोग करना चाहिए। उच्च आवृत्ति रेंज के लिए, "1X / 10X" प्रकार की निष्क्रिय जांच सिग्नल को मापने के लिए लागू नहीं होती है जिसका बैंडविड्थ 500 मेगाहर्ट्ज से अधिक है। ऐसा करने के लिए, आस्टसीलस्कप या सक्रिय जांच के 50-ओम इनपुट पर एक सीधे समाक्षीय कनेक्शन का उपयोग करें, कनेक्शन की प्रविष्टि को कम करें (सोल्डर कनेक्शन के उपयोग के माध्यम से, बोर्ड पर लघु समाक्षीय कनेक्टर्स के प्लेसमेंट आदि)। विषय बहुत व्यापक है - अलग-अलग ऑसीलोस्कोप हैं, पृथक जांच, अंतर और विशेष जांच, लेकिन यह सब इस लेख के दायरे से परे एक अलग बातचीत है।

यह सामग्री पहले कहीं प्रकाशित नहीं हुई है, मैं प्रतिक्रिया की प्रतीक्षा कर रहा हूं। उसके बाद, लेख, संभवतः थोड़ा और विस्तृत रूप में, उच्च-वोल्टेज इन्सुलेशन पर सामग्री के साथ, अद्यतन रिलीज़ में पुस्तक के पूर्ण संस्करण में परिशिष्ट के रूप में शामिल किया जाएगा। सटीक माप, लोग!