3.2.2 Осциллограф – устройство, позволяющее наблюдать и регистрировать электрические сигналы, а также измерять их параметры.
Осциллограф предназначен для измерения амплитуды, длительности, частоты, глубины модуляции, величины фазового сдвига. Основная его функция заключается в воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм). Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат. Ось Х является осью времени, а по оси Y откладывается напряжение сигнала. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы.
Обобщенная блок-схема осциллографа представлена на рисунке 8.
Рисунок 8 – Обобщенная блок-схема осциллографа
Осциллографы классифицируются на:
– Универсальные С1
– Скоростные С7 (стробоскопические)
– Запоминающие С8
– Специальные С9
Универсальные используются для исследования разнообразных электрических сигналов с длительностью от нано секунд до нескольких секунд, с амплитудой от доли милливольт до сотен вольт с диапазоном чисел 300-400 мегагерц.
Скоростные предназначены для исследования быстропротекающих процессов, они позволяют наблюдать и фотографировать сигналы.
Запоминающие имеют специальную ЭЛТ способную сохранять и воспроизводить сигналы после исчезновения его на выходе.
Специальные имеют дополнительные блоки целевого назначения, к ним относятся телевизионные и цифровые осциллографы.
Телевизионные выделяют видеосигнал заданной строки изображения.
Цифровые осциллографы передают исследуемый сигнал на компьютер для его дальнейшей обработки.
По способу обработки входного сигнала осциллографы бывают:
– Аналоговыми
– Цифровыми
Схема осциллографа состоит из 3-х каналов (Y, X и Z), калибратора и устройства отображения информации – ЭЛТ.
Канал вертикального отклонения (Y) формирует вертикально отклоняющее напряжение и в основном выполняет функции усиления колебаний на входе Y. Канал состоит из аттенюатора, предварительного усилителя, линии задержки и конечного усилителя. Линия задержки позволяет запускать генератор развертки фронтом исследуемого импульса до того, как начнется отклонение луча по вертикали под действием этого импульса, что позволяет в режиме внутренней синхронизации наблюдать фронт импульса.
В канале горизонтального отклонения (X) формируется пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. Переключателем SA1 выбирают вид синхронизации: внешнюю и внутреннюю. Внешний синхронизирующий сигнал подводят ко входу Х осциллографа. В некоторых осциллографах на вход Х подают исследуемый сигнал, который поступает на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, но при этом переключателями SA2 и SA3 отклоняют генератор развертки. Иногда исследуемый сигнал подают непосредственно на пластины.
Канал управления яркостью луча (Z) служит для создания на осциллограмме яркостных меток или гашения луча на время обратного хода развертки и режима ожидания при ждущей развертке. Внешний сигнал для управления яркостью подводят ко входу Z осциллографа. Канал содержит усилитель – ограничитель и устройство управления яркостью луча.
Предварительные усилители для усиления вертикально отклоняющего напряжения выполняют по схеме балансного УПТ с повышенной устойчивостью к изменению температуры и напряжения питания. Усилители выполняют регулируемыми: плавное изменение коэффициента усиления, балансировка по постоянному напряжению. Первый каскад обычно выполняют по схеме повторителя, обеспечивающего высокое входное сопротивление.
В зависимости от требуемого времени задержки линию задержки выполняют с сосредоточенными и распределенными параметрами.
Оконечные усилители формируют два противофазных напряжения для отключения пластин ЭЛТ. Усилители нагружены емкостью до десятков пФ и для широкой полосы пропускания выбирают малые сопротивления нагрузки и мощные транзисторы.
3.2.3 Логический анализатор данных ЛАД-03 обладает свойствами классического анализатора и дополнительными сервисными возможностями, направленными на облегчение диагностики и ремонта микропроцессорных устройств.
Графическое представление логического анализатора данных ЛАД-03 приведено на рисунке 9.
Рисунок 9 – Логический анализатор данных ЛАД-03
Основной отличительной особенностью логического анализатора ЛАД-03 является возможность создавать эталонные файлы, содержащие алгоритм работы заведомо исправного устройства, а затем сравнивать их с файлами тестируемых устройств. Результат сравнения, представленный в виде конкретных данных, адресов, команд, свойственных исследуемому объекту, способен указать пользователю на неисправность или подсказать дальнейшее направление ее поиска. Эта возможность реализуется посредством ряда особенностей, присущих данному прибору:
Логический анализатор ЛАД-03 имеет 40 входных каналов. Вместе с тем программное обеспечение анализатора позволяет снять в одном тестовом файле до 120 временных диаграмм сигналов. Использование синхронного запуска анализатора и объекта контроля, предоставляет возможность последовательно снимать данные в одноканальном (режим «Зонд») и многоканальном режиме, а затем сводить их на одном экране, получая целостностную картину работы узла из множества отдельных диаграмм. Одноканальный, последовательный съем данных (метод pin by pin) даёт возможность тестировать электронные платы с любой плотностью монтажа и компоненты с любыми типами корпусов. Глубина тестирования не ограничена объемом памяти анализатора за счет организации многократного заполнения ОЗУ. Глубина тестирования модели ЛАД-03 может быть 65535х256 тактов, что дает возможность протестировать процессор практически на всем адресном пространстве ПЗУ.
В синхронном режиме (режим внешней синхронизации) ЛАД-03 фиксирует в цифровой памяти логические состояния на своих входах в моменты, определяемые синхронизирующим сигналом, который может быть снят с тестируемого объекта и подан на любой из 40 входных каналов анализатора или на специальный канал внешней синхронизации, имеющий защиту от помех. Для разделения полученной информации по типам: команды, данные, адреса и т.п.
используются так называемые «Слова данных», позволяющие формировать из входных каналов группы шин. Порядок расположения каналов в шине определяет для каждого такта синхронизации определённый код, являющийся в этом такте числовым значением «Слова данных». Данные размещаются в таблице согласно заданной системе счисления и сравниваются с ранее снятым эталоном, а команды могут быть дизассемблированы. Табличное представление данных позволяет быстро и точно определить такт, на котором начались сбои в работе процессора или произошел его останов.
Асинхронный режим работы или режим внутренней синхронизации дает возможность получения от объекта исследования информации с высокой степенью дискретизации и используется как правило для локализации неисправности. В асинхронном режиме работы классического анализатора невозможно увязать процесс съёма информации с внешним сигналом. Для осуществления программным обеспечением ЛАД-03 виртуальной синхронизации вывода полученной информации на экран, используются «каналы синхронизации», которые выбираются пользователем из всего массива диаграмм, задействованных в данном файле. Такой подход позволяет показывать в таблице только выборочную информацию, снятую в моменты времени, привязанные к выбранному фронту или уровню сигналов синхронизации. Таким образом, находясь в асинхронном режиме, ЛАД-03 позволяет работать со словами данных по той же методике, что изложена выше для синхронного режима. Как и в синхронном режиме будут сформированы команды, данные, адреса для сравнения их с эталоном.
Логический анализатор данных ЛАД-03 имеет два уровня запуска: запуск 1-го и 2-го порядка. Запуск 1-го порядка используется для одновременного запуска анализатора и объекта контроля. Запуск 2-го порядка используется для задания начала съема данных с определенного такта работы процессора или с момента появления на шинах процессора заданных адреса, кода данных, команды. Сигнал запуска 2 порядка может использоваться для запуска осциллографа с целью просмотра осциллограмм цифровых или аналоговых сигналов в заданный момент времени.
ЛАД-03 наряду с анализом параллельных данных реализует возможность приема и анализа последовательных данных в соответствии со стандартом интерфейса RS232. Полученная информация может быть просмотрена в виде временных диаграмм или таблицы кодов.