Запихать верблюда в USB. Тест USB осциллографа Hantek DSO-2090.

Автор: Max
Опубликовано 19.02.2013
Создано при помощи КотоРед.

Идея приспособить обычный x86-й компьютер в качестве универсального измерителя, сиречь, осциллографа витала в воздухе очень давно. Я думаю, со времени появления этого компьютера. Ну еще бы – такая мощь пропадает зазря. Но вот беда – чертова числодробилка вся цифровая, а измерять нам нужно, чаще всего, аналоговый сигнал. То есть, измеряемый сигнал нужно преобразовать в цифровой, а потом еще и как-то запихать его в компьютер. И если с первым действием особых проблем не возникало – всю математику для этого придумали еще в конце 19 – начале 20 веков, то вот с передачей полученного потока не складывалось.

Прикинем – чтобы измерить (в цифровом виде, разумеется) аналоговый сигнал частотой 1МГц, нужно передать компьютеру поток: 1000000х2х8=16Мбит/с. И это при самых скромных подсчетах. Думаю, что для корректного измерения сигнала выборки надо делать с частотой не в два, а, как минимум, в 5 раз превышающую максимальную граничную частоту измеряемого сигнала. А это уже 40Мбит/с.

А 10Мгц, а 100? Разумеется, энтузиастов своего дела это не останавливало и начали появляться программы, позволяющие использовать возможности звуковых карт для измерения сигналов. Понятно, что частота измеряемого сигнала ограничивалась обычно значением 20-22кГц, а вся обработка сигнала была исключительно программной, но и это было уже что-то.

После появления в конце 90-х универсальной последовательной шины USB на эту проблему взглянули несколько иначе. Да, теоретическая пропускная способность USB 2.0 в 480Мбит/с позволяла уже значительно больше, но, во-первых, фактическая пропускная способность была почти в два раза меньше, а, во-вторых, как мы уже видели из простейших расчётов – и этого катастрофически мало. На лицо классическая задача – пропихнуть верблюда через игольное ушко, роль которого в нашем случае исполняет шина USB. Но прогресс не стоял на месте, производители интегральных чипов выпускали все более мощные решения при минимальных размерах чипов, и разработчики пошли другим путем. Решено было всю обработку сигнала производить в «железе», внутри прибора, выполненного, как приставка к компьютеру. А через шину USB передавать только данные для отрисовки картинок на экране компьютера. Что, понятное дело, значительно сокращает поток данных и делает его практически независимым от частоты и амплитуды измеряемого сигнала. Так они и сделали.

Таким образом, можно сказать, что USB осциллографы появились довольно давно. В 2009 году, в одном из наших конкурсов мы уже выдавали такой осциллограф в качестве приза. Но и тогда они уже не были «ух ты!»-новинками. С момента появлений этих любопытных приборчиков, мне очень хотелось пощупать их руками, но что-то никак мои конечности до них не дотягивались. Но после того, как я пообщался с USB генератором, стало понятно, что без аналогичного теста такого же осциллографа никак не обойтись. Ибо, эти приборы в паре: генератор-осциллограф, почти не занимающие места, не требующие отдельного питания, совместно с компьютером могут заменить почти все приборы в радиолюбительской лаборатории.

Выбор мой пал на начальную модельку в линейке Hantek – DSO-2090. Мне показалось, что ширины полосы пропускания в 40МГц вполне достаточно, чтобы составить мнение о приборе.

Я его составил и вот теперь хочу поделиться им с вами.

Начну, как обычно, с упаковки, комплектации и внешнего вида:

Забавно, что на коробке приборчик изображен в корпусе без шильдика – к чему бы это?
Комплектация:
В коробке находится сам осциллограф, USB кабель, два щупа с делителями, инструкция пользователя, к слову, почему-то до сих пор не переведенная на русский язык и диск с драйверами и программой управления.
Прибор представляет собой пластиковую серебристую мыльницу, из которой торчат разъемы. Не смотря на глянцевый пластик корпуса, отпечатков пальцев на нем не остается или, во всяком случае, они незаметны в силу такого цветового исполнения устройства.
На одной из торцевых стенок находятся входные разъемы двух каналов осциллографа и вход внешней синхронизации:
На противоположной стенке – гнездо USB, отдельная земляная клемма и выход калибровочного сигнала.
Кстати, на верхней крышке прибора, прямо над USB разъемом есть индикатор режима работы – двухцветный светодиод.
В нижней части обнаруживается вентиляционная решетка, резиновые полоски, чтобы устройство не скользило, будучи установленным на ровной поверхности и 4 винта, скрепляющих корпус.
Которые, разумеется, я сейчас откручу, дабы удовлетворить свое любопытство и наполнить содержанием нашу постоянную рубрику – а что внутри?
Внутри находится плата, на которой смонтированы все компоненты прибора.
Как и предполагалось, осциллограф построен на ПЛИС. В данном случае, разработчики применили ПЛИС Xilinx:
Данные для нее поставляют некие, страшно секретные АЦП:
С них даже стерли маркировку и покрыли какой-то мастикой сверху – вот насколько они секретные. Мастику я стер с помощью спирта и известно какой матери, но маркировки под мастикой все равно не оказалось. Видимо, потролить решили особо любопытных
Контроллер USB шины – стандартный Cypress CY7C68016A:
Хорошо хоть из этого не стали делать секрета.
Парочка мультиплексоров от NXP:
Входные цепи осциллографа предусмотрительно закрыты экранами, но они легко снимаются и можно посмотреть, что находится под ними:
Реле – видимо, для переключения входных делителей, некий ОУ, мультиплексор 4052 и опять какая-то страшно секретная микросхема со стертой маркировкой. Черт, пойду проверю входную дверь на всякий случай – столько секретов – мало ли что.
На обратной стороне платы куча регулировок:
И еще одна секретная микросхема. Детский сад, какой-то.
А торчащая из платы пружинка соединяет общий провод схемы с экраном нижней половины корпуса.
Ладно, собираю все обратно и попробую эту штуковину в работе. В этом мне будет помогать функциональный генератор Atten ATF20B – замечательная, кстати, машинка. Я её тоже протестировал и расскажу вам об этом в ближайшее время.
Итак, мой стенд имеет следующий вид:
Я не стал пользоваться щупами, которые поставляются в комплекте с осциллографом, а напрямую соединил выход генератора и вход осциллографа ВЧ кабелем, входящим в комплект генератора.
Да, но сначала надо поставить на компьютер, к которому будет подключаться осциллограф, драйвера и программу управления. Что я и сделал, использовав для этого прилагающийся диск. У меня 64-битная версия Windows 7. Программа установки сделала все сама, без лишних вопросов установив весь софт секунд за 30-40. Перезагрузки не потребовалось.
И последнее отступление перед началом сеанса вивисекции – основные ТТХ, все-таки для приличия их надо привести:

Главное окно программы:
Справа – управление, все так же, как и у железных собратьев. И большое окно – собственно, экран с разметкой и двумя лучами. Кстати, панель управления можно убрать, оставив только «экран». А сам «экран» можно вообще растянуть на всю ширину и высоту монитора компьютера.
Управление двойное – можно изменять вертикальные и горизонтальные параметры с помощью веньерных крутилок, а можно выбирать цифровые значения из выпадающих списков рядом с крутилками. И то и другое в реальном времени влияет на отображение сигнала.
При подключении прибора к USB порту на нем начинает мигать индикатор. Если программа управления не запущена, индикатор будет мигать оранжевым цветом, если же запустить программу, то цвет меняется на зеленый. Но продолжает мигать. Для чего – мне совершенно не очевидно.
Начнем традиционно с 1КГц и 2 вольт двойной амплитуды, синус, один канал:

Красиво, придраться не к чему.
Прямоугольник:
Треугольник:

Чтобы не было так скучно, подключаю второй канал и подаю на него с вспомогательного канала генератора синус, 1 КГц:
Что ж, с этой задачей наш подопытный справляется отлично. Пора усложнить ему жизнь – увеличиваю частоту до 100 КГц:
1МГц:
Мне кажется или как-то синусоиды на экране поужались в вертикальном смысле?
К сожалению, у вспомогательного канала генератора предельная частота – 1 МГц, так что дальнейшие исследования придется проводить с одним каналом.
Поднимаю частоту до 10МГц:
Ох, аттенюатор мне в глотку – что это с ним приключилось? Мало того, что амплитуда сигнала сократилась на 300мВ, так еще и синус какой-то судорогой покрылся.
Просто для эксперимента попробовал переключить горизонтальный масштаб:
Так, тут уже лучше – полегчало на 100мВ и синусоида приняла положенный ей вид.
Хотя, как я уже говорил, генератор был протестирован, и его линейность не вызывала у меня никаких сомнений, на всякий случай, я решил проверить сигнал на большом брате. В качестве большого брата выступает тяжеловес Rigol DS1202CA.
Не изменяя параметров сигнала и даже не выключая генератор, переподключаю разъем ВЧ кабеля на вход большого брата:
Как следует из картинки – с выходным сигналом генератора все в порядке.
Ладно, подключаю обратно подопытного и поднимаю частоту до 20МГц:
Измеренное значение амплитуды упало на 0,5В относительно исходного сигнала. На сам сигнал смотреть просто страшно.
Переключу предел измерения:
О, опять полегчало на 100мВ.
Ну, хорошо, попробую довериться автоматике. Как и у больших собратьев, у DSO-2090 есть волшебная кнопка AUTO, которая избавляет вас от необходимости подстраивать вертикальное или горизонтальное разрешение осциллографа при изменении входного напряжения или частоты.
Вы просто жмете эту кнопку, и прибор сам выбирает оптимальную настройку отображения параметров. Ну, во всяком случае, именно так это должно работать.
Ладно, жму кнопку, осциллограф задумывается и начинает щелкать реле – как раз тем самыми, во входных цепях. И:
Ну… как сказать. А все равно черти что и сбоку бантик. Я еще понимаю, если бы это была граничная частота осциллографа, но ведь на данный момент прибор измеряет сигнал с частотой, в два раза меньшей, чем заявленная ширина полосы пропускания. И при этом он «съел» 25% амплитуды измеряемого сигнала. Мне даже интересно, какой сигнал он будет показывать на 40МГц. К сожалению, не получилось этого проверить, ибо граничная частота генератора – 20МГц.
Я немного поскрипел мозгами, пытаясь понять – это у меня руки такие кривые или все-таки виноват прибор? Пытаясь повысить чистоту эксперимента, я решил подключить генератор через щуп, который идет в комплекте с осциллографом. В комплекте генератора есть кабель с двумя «крокодилами» на одном из концов кабеля и с BNC разъемом на другом. Зажать крокодилами щуп осциллографа и посмотреть, что из этого выйдет. Ежу понятно, что при такой частоте выбранный способ соединения будет давать жуткие потери сигнала, но попробовать оценить все-таки можно.
Соединяю и для начала понижаю частоту до 1МГц:
Пока все нормально – погрешность в амплитуде вполне вменяемая.
Немного увеличу – 2МГц:
Хоп – уже «съели» 150мВ.
10МГц:

Ой, а можно это как-нибудь развидеть?
Я снова обратился к большому брату, чтобы проверить работу щупа – чудес не бывает – большой брат показал 1.4В амплитуды сигнала – потери в соединении дают о себе знать. Но давайте сравним – 1.4В и 856мВ – что ближе к истине?
20МГц, зажмурился:
Итак, от нашего сигнала, по мнению осциллографа, осталось 487мВ. То есть, судя по тендеции, на граничной частоте в 40МГц, останется милливольт 100, не больше. Ну, то есть, сигнал есть и то хорошо.
Таким образом, если ширина полосы ваших интересов в железостроении находится в пределах 1МГц, данный осциллограф можно рекомендовать к использованию без каких-либо ограничений и оговорок. А вот если больше, то имейте ввиду его скверный характер на частотах выше 1МГц.
У Hantek есть модели с большей полосой пропускания – и 100 и 200МГц. Так что если вы хотите, например, настраивать 27МГц радиостанции, то явно нужно нацеливаться на старшие модели, ну и конечно, шире открывать кошелек, ибо понятно, что чем больше заявленная полоса пропускания прибора, тем дороже он стоит.
Я не могу сказать, что приборчик мне не понравился – как я уже писал выше, совместно с USB генератором и небольшим ноутбуком, он отлично справится с разнообразными радиолюбительскими задачами и измерениями и при этом занимает очень мало места, что бывает очень важным фактором. Но с существенной корректировкой частотной полосы от заявленной производителем. Так что продеть верблюда через USB порт с помощью этой модели не получится – максимум суслика.

Итого:
Плюсы: компактный размер, удобное интуитивное управление, широкая функциональность ПО, не требуется дополнительного питания;
Минусы: постоянно мигающий индикатор режима работы, сильная нелинейность в диапазоне частот выше 1МГц.

Большое спасибо магазину repairbaza.ru за предоставленное на тестирование оборудование.

Все вопросы в Форум.