12 העקרונות לבחירת אוסצילוסקופ הנכון עבורנו

כמה פעמים התלבטתם בבחירת אוסצילוסקופ? התלבטות שכזו לרוב גוזלת מאיתנו משאבים רבים.
במאמר זה אציג מהם העקרונות החשובים ביותר לבחירת אוסצילוסקופ בצורה פשוטה ועניינית.

1. רוחב פס
   אחד הנתונים החשובים ביותר של הסקופ הדיגיטלי.
   התגובה לתדר של כל סקופ מייצגת במידה מסוימת מסנן מעביר נמוכים שנקרא –  pass Low response frequency, אם נכניס לתוך המכשיר אות סינוס בתדר גבוה, האמפליטודה של האות תונחת בהתאם לרוחב הפס המקסימלי שהמכשיר מסוגל להעביר. ערך התדר שבו מועבר רק חצי הספק מהאות הנכנס (הנחתה ב-3db  (או אמפליטודת האות הנכנס מונחתת ב – 30% ,קובע את רוחב הפס של הסקופ.
   לדוגמה:  רוחב הפס של הסקופ הוא 100Mhz. אם נמדוד אות סינוס באמפליטודה של 10V ב 100MHzנקבל על צג המכשיר אות סינוס באמפליטודה של  7V(הנחתה של 30%). רוחב הפס נגזר באופן ישיר מקצב הדגימה המקסימלי של המכשיר. על מנת להציג את האות הנדגם בצורה איכותית מקובל לדגום את האות בקצב הדגימה הגבוה פי-5 מתדר האות. במידה ונרצה לראות אות בתדר של  50 MHzבצורה מושלמת, נצטרך לדגום אותו בקצב של 250MHz ( רוחב פס ) לפחות.
2. קצב דגימה ( Sample Rate )
   מספר דגימות לשנייה. קצב דגימה גבוה יותר יאפשר לכם למדוד בצורה מדויקת יותר אירועים ואותות מהירים יותר.
   בדרך כלל קצב הדגימה גבוה מרוחב הפס.
3. מספר ערוצים
   בדרך כלל למכשיר יש 2 או 4 ערוצים.
4. גודל/עומק זיכרון
   מספר הכולל של דגימות שאוסצילוסקופ יכול לאגור לעיבוד מאוחר יותר. כאשר האוסצילוסקופ מציג את האות הנדגם הוא מאחסן את נתוני צורת הגל בזיכרון שלו. יצרני מכשירים נוהגים להשתמש במונח “עומק זיכרון”, בשם “נקודות”. חשוב מאוד לקחת בחשבון שעומק הזיכרון הכולל מתחלק במספר הערוצים הנדגמים. לדוגמה: אם עומק הזיכרון 10 מיליון נקודות ואנחנו נדגום 2 ערוצים אזי עומק הזיכרון פר ערוץ יהיה 5 מיליון נקודות.
5. זמן עלייה
   היכולת של המכשיר לזהות וללכוד אותות העולים ויורדים במהירות. זה עקרון מאוד חשוב במיוחד כאשר אנו דוגמים גל ריבועי. גל ריבועי יכול לעלות מ- 0V ל-5V בתוך ננו-שניות ובכדי שהאוסצילוסקופ יוכל להציג את צורת הגל של אות כזה במדויק, הוא חייב להיות מסוגל לזהות שינויים כה מהירים. לדוגמה: נניח שבמפרט של האוסצילוסקופ מצוין שזמן העלייה הוא של 2 ננו-שניות, מה שאומר שזמן העלייה המהיר ביותר שהמכשיר יכול לזהות הוא 2 ננו-שניות.
6. טריגר
   הטריגר הוא המנגנון שדרכו האוסצילוסקופ יכול לזהות תכונה מסוימת של אות הקלט. סוגי טריגרים נפוצים באוסצילוסקופים הדיגיטליים הן: קצהedge)) Rise & Fall (Slope) ועוד…לדוגמה: נגדיר שאוסצילוסקופ יתחיל לדגום גל ריבועי רק מתי שהאות יעלה. זאת אומרת שכל עוד המתח הוא 0 וולט המכשיר לא ידגום את האות. ברגע שצורת הגל תשתנה, כלומר האות הנמדד יעלה לדוגמא ל- 5 וולט המכשיר יזהה שהאות השתנה והמכשיר יתחיל לדגום את האות.
7. רזולוציה אנכית – Vertical resolution
   מאפיין זה מציין את הרזולוציה בה יחידת המרת האות מאנלוגי לדיגיטלי יכולה לעבוד. ברוב המכשירים הרזולוציה היא 8bit, כלומר יחידת ההמרה מתרגמת את האות ל-256 רמות דיגיטליות. לפני שהאות מגיע להמרה הוא עובר הגברה או הנחתה כדי לנצל עד הסוף את יחידת ההמרה, את רמת ההגברה/הנחתה קובעים כשבוחרים את היחידות של ציר ה-Y בתצוגה.
   חישוב אות ב 8bit – נניח שאנחנו רוצים לדגום אות אנלוגי של 1Vp-p ונרצה לראות אותו לגובה של כל המסך, נבחר בהגדרה של 0.5V/DIV
   זה אומר שההגברה/הנחתה שבחרנו תדאג שבכל ריבוע על המסך (division) יוצג 0.5V. במידה שיש 8 קוביות כאלה לגובה, זה אומר שכל גובה המסך יוכל להציג 4V, זה אומר שהאות שלנו יוצג על חצי מגובה המסך. בחישוב מהיר אם נחלק את ה-4V ב-256 רמות דיגיטליות ( 8bit) נקבל שהקפיצות במקרה כזה יהיו של 15.6mV. במידה שנרצה שהקפיצות יהיו קטנות יותר נצטרך רזולוציה גדולה יותר.
8. עכבת כניסה – Input impedance
   עכבת כניסה – מציין עד כמה המדידה שלנו במעגל יכולה להשפיע על תפקוד המעגל עצמו. ככול שהתנגדות הכניסה תהיה גבוה יותר, כך הסקופ ישאב פחות זרם מהמעגל ותהיה פחות השפעה. כמו כן, ככול שהקיבוליות תהיה נמוכה יותר, כך הסקופ ישפיע פחות גם מבחינה הזו.
   לרוב המכשירים עקבת הכניסה 1Mohm או 50ohm.
9. Input coupling
   מאפיין זה מציין באיזו צורה כניסת האות יכולה להיות מחוברת למעגל ההגברה של הסקופ. בדרך כלל יש 3 אפשרויות למאפיין זה: DC- האות עובר להגברה כמו שהוא, AC- רק השינויים של האות יעברו וה- DC יסונן ע”י הקבל בטור לכניסה, GND- הכניסה תחובר לאדמה של המכשיר, מה שעוזר לכוון את התצוגה כך שהיא תהיה במרכז המסך. ברוב המוחלט של המכשירים יש את כל שלושת האפשרויות.
10. מניפולציות מתמטיות
    לסקופים רבים יש יכולת לבצע פעולות מתמטיות על האות ובן היתר מספקים יכולות FFT.
11. תקשורת
    העברת האותות מהמכשיר למחשב דרך תקשורת כמו RS232 ,GPIB ,LAN ו USB. התקשורות השונות אפשרות לחברות לשלוט על המכשיר באופן אוטומטי – באמצעות המחשב.
12. מחיר
    אם להיות כנים, המחיר הוא אחד הפרמטרים החשובים בהחלטה איזה מכשיר לרכוש. חשוב לציין שככל רוחב הפס גדול יותר, רזולוציה גדולה יותר ועוד פרמטרים שציינו למעלה משפיעים מאוד על המחיר.

לסיכום, ישנם עוד מאפיינים רבים אחרים שלא ציינתי כמו  סוגי פרובים, סקופ מבודד או לא, סקופ נייד\נייח, אחריות, הדרכה, מכשיר משולב – שילוב של מספר מכשירים באחד לדוגמא מחולל אותות יחד עם סקופ ועוד…|
לדעתי, המאפיינים שסקרתי הם הפרמטרים העיקריים בבחירת הסקופ. נשמח לשמוע את התובנות שלכם לבחירת סקופ במייל doron@shany-tech.com

כותב המאמר: דורון גוטמן, מהנדס מכירות. שני-טק בע”מ