Zaloguj
Urządzenia serii DS1000Z, za sprawą niezwykle obszernej pamięci, panoramicznego ekranu oraz pokaźnego zestawu funkcji pomiarowych, do dziś stanowią podstawowy wybór tych użytkowników, którzy nie chcą płacić kilkukrotnie wyższych cen za zbliżone parametry w aparaturze "wielkiej czwórki", ale jednocześnie nie ufają tanim, dalekowschodnim markom o wątpliwej rzetelności pomiarowej. W 2022 roku Rigol znów przeskoczył kolejną poprzeczkę - tym razem jednak nie pod względem szybkości czy pojemności pamięci, ale… poziomu szumów własnych i rozdzielczości ADC. Sprawdźmy zatem, jak w praktyce spisuje się najnowsza seria DHO4000.
Subtelnie, ale niekoniecznie szybko
Nietrudno zauważyć, że oscyloskopy z serii DHO4000 (fotografia tytułowa) do złudzenia przypominają przedstawicieli tańszej serii urządzeń tego samego producenta - DHO1000 (fotografia 1), która swoją premierę - na razie tylko na niektórych rynkach zagranicznych - miała w nieco zbliżonym czasie.
Porównanie parametrów obu serii (tabela 1) sugeruje, że oszczędności uzyskane w modelach DHO1000 wynikają przede wszystkim z ograniczenia pasma, liczby kanałów oraz pojemności pamięci przebiegów - i faktycznie jest to po części prawda. Po części, gdyż… podobieństwa konstrukcyjne, wykazane przez Davida L. Jonesa z kultowego EEVblog po otwarciu obydwu oscyloskopów, jasno pokazują, iż pozostałych różnic pomiędzy DHO1000 i DHO4000 jest naprawdę niewiele.
Warto natomiast zwrócić uwagę na dwie istotne kwestie, dotyczące liczby kanałów oraz pasma pomiarowego. W przypadku "białej serii" redukcja liczby kanałów analogowych do dwóch oraz pasma do 70...200 MHz może być potraktowana jako ukłon w stronę świadomych swoich potrzeb amatorów czy też uczelni i szkół - w podstawowych zastosowaniach dydaktycznych dość rzadko zdarza się bowiem, by potrzebne były więcej niż dwa kanały czy też pasmo przekraczające 100 MHz. Nie ulega wątpliwości, że nowoczesny oscyloskop cyfrowy z 12-bitowymi przetwornikami i próbkowaniem do 2 GSps za niespełna 700 dolarów to naprawdę duże osiągnięcie. Ukłony dla inżynierów i strategów marketingowych z firmy Rigol.
W tym miejscu musimy jednak dostrzec przysłowiową łyżkę dziegciu w beczce miodu. W przypadku serii DHO4000 próbkowanie jest już dwa razy szybsze i wynosi 4 GSps, choć niestety - co jest jednak standardem w tej klasie urządzeń - podlega podziałowi podczas pracy wielokanałowej. I tutaj dzieje się rzecz dziwna - choć przy paśmie 200 MHz (najniższy model DHO4204) próbkowanie takie jest w zupełności wystarczające nawet przy pracy z czterema kanałami naraz (przypada wtedy po 1 Gsps/kanał), to w przypadku modelu najwyższego o paśmie 800 MHz ten sam stosunek próbkowania do pasma (5:1) można osiągnąć tylko przy włączonym jednym kanale. Graniczna częstotliwość pasma równa 2,5-krotności próbkowania byłaby natomiast osiągalna przy dwóch kanałach, jednak jest to zaledwie teoretyczne minimum, niezbędne do właściwego (z matematycznego punktu widzenia) odwzorowania przebiegu (de facto, taki stosunek częstotliwości próbkowania do pasma tylko nieznacznie przewyższa kryterium Nyquista). Co więcej - rozszerzenie pasma odbywa się na drodze programowej, co jasno pokazuje, że nie ma żadnych różnic sprzętowych pomiędzy poszczególnymi modelami tej serii. Czy znajdą się użytkownicy chętni do odblokowania dodatkowego pasma z 200 na 800 MHz za cenę - bagatela - 2199 dolarów bądź też do inwestowania od razu w najwyższy model, droższy o 2000 dolarów? Czas pokaże, choć niewątpliwie doświadczeni Czytelnicy popatrzą na tę część oferty z pewnym pobłażaniem, zaś internetowe fora już "huczą" od postów na temat potencjalnego hackowania ustawień sprzętu.
Trudno bowiem nie ulec wrażeniu, że - w myśl śródtytułu tej części artykułu - seria DHO4000 jest przeznaczona dla "analogowców", którym najbardziej zależy na wysokiej jakości rejestracji słabych zmian w sygnale (impulsów, zapadów, zafalowań, itd.), a w znacznie mniejszym stopniu na pracy z szybkimi sygnałami. Tym bardziej, że w cenie zaledwie o 1100 dolarów wyższej (w por. do DHO4804) można obecnie mieć topowy model z serii DS7000 (bez opcji MSO) - wprawdzie o paśmie 500 MHz, ale oferujący aż 2,5-krotnie szybsze próbkowanie (10 GSps) oraz 12× wyższą prędkość przechwytywania (600,000 wfms/s w porównaniu do 50,000 wfms/s), co w wielu aplikacjach będzie miało pierwszorzędne znaczenie dla użytkowników.
Konstrukcja urządzenia i pierwsze wrażenie
Prezentowany oscyloskop jest zaledwie o kilka centymetrów szerszy od urządzeń z popularnej serii DS1000Z (fotografia 2), nieznacznie różni się od nich także głębokością (fotografia 3), co ma spore znaczenie dla tych użytkowników, którzy zdecydują się na "upgrade" starego modelu do jednego z najnowszych urządzeń marki Rigol (a szczególnie do wersji DHO1000, z uwagi na bardzo przystępną cenę).
Jak przystało na współczesny oscyloskop DSO, duży (aż 10,1-calowy) ekran dotykowy zajmuje zdecydowaną większość powierzchni panelu czołowego. Układ elementów obsługowych jest dość przejrzysty, choć można mu zarzucić zmarnowanie potencjału, jaki daje prawy pas obudowy o szerokości 10-centymetrów - zbyt luźne ułożenie przycisków i pokręteł sprawia, że użytkownicy przyzwyczajeni do osobnych kontrolerów dla poszczególnych kanałów poczują się zawiedzeni. Nietrudno bowiem wyobrazić sobie nieznaczne przesunięcie klawiszy i enkoderów w taki sposób, by w sekcji Vertical - i to bez szczególnej rewolucji w pozostałej części panelu frontowego - zmieścić sześć dodatkowych pokręteł, które niebywale ułatwiłyby sterowanie oscyloskopem.
Projektanci wzornictwa przemysłowego, zatrudnieni przez markę Rigol, postarali się w przypadku serii DHO4000 znacznie bardziej, niż w przypadku niektórych wcześniejszych urządzeń - opisy są dość uporządkowane i estetyczne, choć odbiorców bardziej wyczulonych pod względem estetyki mogą razić różnice w wielkości fontów, zastosowanych do nadruku nazw przycisków i poszczególnych sekcji. Na tle pozostałych elementów obsługowych najbardziej wyróżniają się przyciski z sekcji sterowania podstawowego (Run/Stop, Auto, Clear, Default oraz Single), choć nic nie jest w stanie przebić gigantycznych numerów, umieszczonych przy gniazdach BNC kanałów wejściowych… Tutaj twórcy grafiki puścili wodze fantazji, niestety ze szkodą dla ogólnego wyglądu urządzenia.
Oscyloskop jest dobrze wyposażony pod względem dostępnych interfejsów komunikacyjnych i trudno tutaj cokolwiek mu zarzucić. Na przednim panelu znajdziemy dwa gniazda USB, które - co warto wiedzieć - obsługują nie tylko pamięci typu pendrive, ale także mysz, znakomicie ułatwiającą nawigację po ekranie (jeżeli użytkownik zaakceptuje wyraźne odczuwalne opóźnienia takiego sterowania). Na tylnym panelu (fotografia 4) mamy natomiast gniazdo wyjściowe HDMI, złącze USB Device typu B (co ważne - w przyspieszonej wersji 3.0) oraz będący już standardem port Ethernet z obsługą LXI. Po drugiej stronie obudowy znalazły się cztery gniazda BNC - wejście oraz wyjście częstotliwości odniesienia (10 MHz), gniazdo wyzwalania zewnętrznego oraz wyjście dodatkowe, pozwalające na obsługę funkcji pass/fail.
Idąc z duchem czasu, projektanci przewidzieli na tylnym panelu także (zabezpieczony tworzywowym suwakiem - fotografia 5) port do podłączenia zewnętrznego akumulatora, mocowanego zatrzaskami do obudowy oscyloskopu. Na razie jednak nie sposób skorzystać z tej funkcji - na rynek nie trafiło jeszcze kompatybilne źródło energii.
Konstrukcja urządzenia pod względem mechanicznym jest stabilna i przyjemna w obsłudze. Dwie stopki, umieszczone z tyłu obudowy, pozwalają na odchylenie całości od pionu, w zakresie wystarczającym do wygodnego użytkowania w typowych warunkach. Co ważne, elementy te sprawiają bardzo dobre wrażenie pod względem solidności wykonania, co przy dość znacznej wadze sprzętu (prawie 4 kg) wypada naprawdę nieźle. Wspomniana masa własna urządzenia jest w opinii autora niniejszej recenzji dodatkowym plusem, gdyż oscyloskop solidnie "trzyma się podłoża" nawet podczas nieco dynamiczniejszej obsługi.
Ekran dotykowy i fizyczny interfejs HMI
Słowa uznania należą się inżynierom Rigola za zastosowany ekran dotykowy, oferujący doskonały kontrast i szerokie kąty widzenia w obu płaszczyznach, co przekłada się na wysoką jakość prezentowanej grafiki. Matryca ma przekątną 10,1 cala i rozdzielczość 1280×800 px, a panel dotykowy obsługuje multitouch, co (teoretycznie) przydaje się podczas zmiany skali i podstawy czasu. Choć trudno powiedzieć, by było to wygodniejsze, niż użycie klasycznych pokręteł - a te w przypadku serii DHO4000 działają nieporównanie lepiej, niż owiane złą sławą enkodery, znane z niskobudżetowych modeli tej samej marki. Optyczna konstrukcja (deklarowana przez producenta nawet w oficjalnych materiałach reklamowych) wróży znacznie wyższą niezawodność impulsatorów od jej mechanicznego odpowiednika. Wszystkie są wyposażone w przycisk, używany zwykle do zerowania powiązanego z pokrętłem parametru (np. offsetu) - wyjątkiem jest tutaj rzecz jasna wyzwalanie, w przypadku którego naciśnięcie gałki spowoduje ustawienie poziomu triggera na standardowe 50% sygnału mierzonego.
Pewien niesmak pozostawia sposób działania przycisku Touch Lock, którego celem miało być zablokowanie ekranu dotykowego, np. w celu ochrony przed przed przypadkowym kliknięciem lub przesunięciem jednego z elementów interfejsu. Funkcjonalność niezwykle przydatna dla tradycjonalistów, którzy ekran dotykowy akceptują tylko w smartfonie czy też ekspresie do kawy, zaś aparaturę pomiarową wolą obsługiwać za pomocą klasycznych przycisków i pokręteł. Włączenie blokady powoduje bowiem nie tylko dezaktywację panelu dotykowego, ale także… prawie połowy pozostałego interfejsu. Wraz z ekranem przestają bowiem działać przyciski: Measure, Analyse, Trigger, Acquire, Math, Ref, Navigate, a także trzy klawisze do odtwarzania zapisanych ramek (start/stop, do przodu, do tyłu).
Czynne pozostają natomiast przyciski do obsługi zatrzymywania/wznawiania akwizycji, ustawień automatycznych, kursorów, zrzutu ekranu (Quick), wyboru zbocza triggera oraz lupy czasowej (Zoom). Jak można zauważyć, dezaktywowane są wszystkie te klawisze, które służą do uruchamiania funkcji korzystających nieodłącznie z menu ekranowego. Problem w tym, że nie mogąc nawigować po menu za pomocą pokręteł (czy to przez wzgląd na upodobania, czy też np. po awarii panelu dotykowego), tracimy tym samym większość możliwości, jakie oferuje oscyloskop. Trudno powiedzieć, czy możemy potraktować ten problem jako słynne "it’s not a bug, it’s a feature", ale uszczęśliwianie użytkowników na siłę za pomocą ekranu dotykowego, bez którego nie da się praktycznie używać oscyloskopu, wydaje się zabiegiem wątpliwym pod względem ergonomii. Tym bardziej, że funkcja Touch Lock dezaktywuje także obsługę myszy, podłączonej przez port USB...
Interfejs użytkownika
Interfejs graficzny (GUI) oscyloskopu jest zaprojektowany przejrzyście i ze smakiem. Dobre zagospodarowanie powierzchni wyświetlacza i odpowiednie proporcje sprawiają, że ze sprzętem pracuje się bardzo wygodnie, bez klaustrofobicznego poczucia przytłoczenia użytkownika przez zbyt obszerne menu ekranowe (rysunek 1). Dolny pasek służy jako miejsce na wygodne zakładki, odpowiadające poszczególnym kanałom analogowym oraz matematycznym - warto dodać, że dany kanał można włączyć lub wyłączyć poprzez kliknięcie odpowiedniego pola, a inną metodą dezaktywacji kanału jest przeciągnięcie jego zakładki w dół (poza ekran). Bardzo wygodna i przyjemna dla oka funkcjonalność.
W lewym dolnym rogu znajduje się emblemat z literą R, pod którym - co może być dość mało intuicyjne przy pierwszym kontakcie z oscyloskopem - umieszczono… całe menu systemowe (fotografia 6).
Znajdziemy w nim ikony pozwalające przejść do sekcji:
- Measure (pomiary automatyczne),
- Cursors (kursory ekranowe),
- Windows (menu wyboru dodatkowych okien, które można włączyć obok głównego ekranu prezentującego mierzone przebiegi),
- Math (panel funkcji matematycznych),
- XY (tryb wyświetlania linii Lissajous),
- Ref (sekcja do obsługi przebiegów odniesienia),
- Counter (włączenie licznika częstotliwości lub totalizera),
- DVM ("woltomierz cyfrowy" - o nim nieco więcej informacji w dalszej części artykułu),
- Decode (panel dekodowania szyn cyfrowych/równoległych na podstawie sygnałów z kanałów analogowych),
- UPA (dodatkowo płatna opcja analizy mocy),
- Pass/Fail (testy automatyczne ze standardową maską),
- Search (wyszukiwanie zdarzeń - zboczy lub impulsów o danej szerokości, z możliwością zastosowania tych samych ustawień w bloku wyzwalania oscyloskopu lub skopiowania obecnych ustawień triggera do panelu wyszukiwania),
- Record (menu pozwalające na nagrywanie ramek w trybie pamięci segmentowanej i odtwarzanie ich w postaci poklatkowej lub w formie wideo),
- Auto (automatyczne ustawienia zoptymalizowane dla danego sygnału),
- Display (funkcje związane ze sposobem wyświetlania sygnałów, siatką, jasnością, przezroczystością poszczególnych elementów graficznych, a także z metodami obrazowania statystyki przebiegów w postaci intensywności lub barwy),
- Clear (czyszczenie ekranu),
- Quick (ustawienia sposobu działania przycisku o tej samej nazwie, znajdującego się na fizycznym panelu czołowym),
- Storage (obsługa pamięci wewnętrznej oraz zewnętrznej USB),
- Help (wbudowana pomoc, wymagająca jednak połączenia z internetem do poprawnego działania),
- Upgrade (aktualizacja oprogramowania),
- Utility (informacje systemowe, ustawienia sieci LAN, itd.),
- Restart ("miękki" restart systemu operacyjnego)
- Shutdown ("miękkie" wyłączenie zasilania).
Sposób ułożenia elementów w głównym menu urządzenia jest niestety dość chaotyczny - podstawowe funkcje (np. czyszczenia ekranu) znajdują się gdzieś pomiędzy ikonami, prowadzącymi do rozbudowanych menu ekranowych dla poszczególnych trybów pracy. Co więcej, w niektórych przypadkach dokładnie te same opcje są dostępne aż w trzech miejscach: w opisanym powyżej menu, na panelu fizycznym oraz… w przesuwnym pasku narzędziowym, znajdującym się w prawym górnym rogu ekranu). Niestety, w tym przypadku więcej nie oznacza lepiej - interfejs kuleje nieco z uwagi na chaos i nadmiarowość. Co gorsza - ustawienia pokręteł Flex Knob są dostępne tylko w górnym pasku i... nigdzie więcej (choć ich miejsce powinno być w menu systemowym). Górny pasek informacyjny zawiera standardowe dane nt. podstawy czasu (Horizontal), aktualnego trybu i szybkości próbkowania (Acquisition), opóźnienia (Delay) oraz poziomu wyzwalania (Trigger).
Brawa należą się inżynierom Rigola za opracowanie menu ekranowych, odpowiadających za nastawy trybów akwizycji, wyzwalania oraz kanałów analogowych. W każdej z sekcji mamy pod ręką wszystkie możliwe opcje powiązane z danym aspektem pracy oscyloskopu. Przykładowo - w menu akwizycji (fotografia 7) dostępne są przyciski trybu pracy, menu typu drop-down (lista rozwijana) do wyboru głębokości pamięci, informacja o aktualnym próbkowaniu, wybór sposobu przewijania ekranu (auto roll), podstawa czasu, lupa czasowa oraz przesunięcie w poziomie, zaś w menu wyzwalania (fotografia 8) znajdziemy opcję wyboru trybu triggera, sweep (auto/normal/single), źródło sygnału wyzwalającego i jego sprzężenie, opcje ustawiane dla danego trybu pracy (np. poziom triggera w przypadku zbocza) oraz hold off i przełącznik redukcji szumu. Bardzo dobrym pomysłem była implementacja wyświetlania przybliżonej szerokości pasma -3 dB dla trybów zwiększonej rozdzielczości (14 i 16 bitów) - takie rozwiązanie sprawia, że użytkownik nie musi zastanawiać się nad tym, jak oversampling wpływa na rzeczywistą przepustowość oscyloskopu.
Prawdziwie miłe zaskoczenie znajdziemy natomiast w menu odpowiadającym za ustawienia poszczególnych kanałów (fotografia 9). Centralną część okna zajmuje czytelny i intuicyjny schemat blokowy toru kondycjonowania sygnałów, na bieżąco aktualizowany podczas wyboru poszczególnych trybów pracy.
Oprócz rodzaju sprzężenia (AC, DC oraz GND - choć działanie tego ostatniego jest dość wątpliwe, gdyż oscyloskop przestaje w nim prezentować rzeczywiste próbki z ADC, wyświetlając w zamian "sztywną" linię w sposób programowy), mamy do dyspozycji także przełączniki impedancji wejściowej (1 MΩ lub 50 Ω) oraz trybu pracy pokrętła wzmocnienia (normalny lub precyzyjny), aktualną nastawę wraz z możliwością jej zmiany za pomocą przycisków ekranowych lub pokrętła Flex, a także kontrolki offsetu pionowego, ogranicznika pasma, biasu oraz odwracania wyświetlanego przebiegu. Funkcją bias zajmiemy się nieco później, teraz zwróćmy natomiast uwagę na opcję ustawiania tzw. Ch-Ch Skew - czyli kompensacji opóźnień czasowych pomiędzy poszczególnymi sondami (w zakresie ±100 ns).
Ogólna kultura pracy
Oscyloskopy z serii DHO4000 nie męczą użytkownika podczas długotrwałej pracy - są zaprojektowane w sposób ergonomiczny, choć i od tej reguły znajdziemy pewne niechlubne wyjątki. Na uwagę zasługują podświetlenia przycisków - bardzo wyraźne (dwukolorowe) dla klawisza Run/Stop i znacznie słabsze, choć w umiarkowanym oświetleniu zewnętrznym wciąż dość dobrze widoczne - umieszczone pod przyciskami włączania/wyłączania kanałów (1...4). Bardzo mocne są natomiast diody podświetlające kontrolki, znajdujące się obok pokręteł Flex Knob oraz przycisku, służącego do wyboru zbocza wyzwalania (fotografia 10). W trybie pomiaru kursorowego, obok pokręteł (oraz nad nimi) zaświecają się białe kontrolki w formie strzałek, skierowanych w kierunku góra-dół lub prawo-lewo. Określają one sposób przesuwania danego kursora, przełączany poprzez naciśnięcie danej gałki. Obecność dwóch uniwersalnych pokręteł pozwala na bardzo wygodną pracę z kursorami, nieporównanie łatwiejszą, niż w prostszych oscyloskopach z jednym tylko pokrętłem uniwersalnym. Dodatkowa (nieco zbyt intensywna) biała dioda LED, znajdująca się pomiędzy enkoderami, ma podpis Intensity co oznacza, że zaświeca się tylko wtedy, gdy górne pokrętło nie jest przypisane do żadnej innej funkcji - umożliwia wtedy regulację intensywności wyświetlania przebiegów.
Warto dodać, że pokrętła spełniają także bardzo istotną rolę podczas ustawiania większości parametrów numerycznych w różnych menu ekranowych - jeżeli pole (np. do kontroli biasu) jest powiązane w danym momencie z jednym z pokręteł, to obok liczby pojawia się żółta ikonka z numerem pokrętła. Takie rozwiązanie, po jednym... dwóch dniach pracy z oscyloskopem, pozwala wyrobić sobie pewne nawyki, skutkujące znacznie płynniejszą obsługą aparatury. Jeżeli natomiast zachodzi potrzeba wpisania konkretnej liczby (wraz z jednostką) - warto do tego celu użyć doskonale opracowanej, ergonomicznej klawiatury ekranowej, wyświetlanej po kliknięciu danego pola. Oprócz sekcji numerycznej oraz klawiszy jednostek, do dyspozycji użytkownika są też klawisze Max, Min oraz Def, pozwalające na bardzo szybkie ustalenie najczęściej używanych wartości.
Interfejs dotykowy jest umiarkowanie responsywny - przesuwanie oraz skalowanie przebiegów nie zasługuje wprawdzie na miano klasy światowej, ale jeszcze nie irytuje zbyt powolną reakcją na działania użytkownika. Innymi słowy - po oscyloskopie z tego przedziału cenowego można byłoby się spodziewać takiej właśnie szybkości reakcji na dotyk. Przyjemne jest natomiast przesuwanie okien dialogowych, choć - nietrudno się domyślić - im więcej aplikacji (widoków) jest włączonych jednocześnie (rysunek 2), tym wolniej działa cały system. Nie pomaga tutaj nawet sześciordzeniowy procesor RockChip o architekturze ARM Cortex-A72, 1,8 GHz - system Android, jak wiadomo, do najlżejszych nie należy, ale w przypadku oscyloskopów DHO4000 pracuje on i tak całkiem przyzwoicie.
Nieco zaskakujący jest natomiast brak przycisku do wykonywania zrzutów ekranu - wprawdzie wspomniany wcześniej klawisz Quick jest domyślnie przypisany właśnie do tego celu, jednak umożliwia on także przestawienie na tryb uruchamiania nagrań, resetowania statystyk czy też włączania wszystkich dostępnych typów pomiarów (w postaci 33-wierszowej tabeli, zajmującej niestety pół ekranu). Co gorsza - włączenie tej ostatniej funkcji powoduje dramatyczne spowolnienie odświeżania głównego okna przebiegu, choć nieprzyzwoicie duży spadek wydajności można zauważyć nawet po włączeniu kilku funkcji pomiarowych i rozwinięciu ich okienek statystycznych.
Obecność wspomnianego już Androida sprawia także, że oscyloskop nie należy do demonów szybkości pod względem uruchamiania systemu operacyjnego - po kliknięciu przycisku zasilania musimy poczekać ponad 25 sekund, zanim będziemy w stanie cokolwiek zrobić z użyciem naszego urządzenia.
Część użytkowników krytykuje nową serię oscyloskopów Rigola za dość spory hałas, generowany przez wbudowany wentylator, służący do chłodzenia m.in. potężnego radiatora, umieszczonego nad całym front-endem i znaczną częścią szybkich układów, odpowiedzialnych za akwizycję i przetwarzanie sygnałów (fotografia 11).
Czytelnicy obdarzeni darem (lub raczej przekleństwem) doskonałego, szerokopasmowego słuchu, zwrócą uwagę na pisk, towarzyszący zmianom obrazu na ekranie oscyloskopu - im więcej się na nim dzieje (szybkozmienne sygnały, zwłaszcza o dużej składowej szumu), tym bardziej zwracają uwagę owe wysokie tony (około 13 kHz i 18 kHz - rysunek 3), wydobywające się z obudowy urządzenia - najpewniej z samego zasilacza. Bardziej uciążliwe może być natomiast samoczynne włączanie systemu operacyjnego oscyloskopu po każdorazowym wpięciu go do sieci - jeżeli korzystamy z aparatury podłączonej do wspólnej listwy zasilającej, taki efekt będzie zwykle niepożądany i… mało ekologiczny.
Sondy oscyloskopowe
Seria DHO4000, w przeciwieństwie do DHO1000, z powodzeniem obsługuje szerokie spektrum sond aktywnych, dostępnych w ofercie marki Rigol - tych samych, które współpracują także z wieloma znacznie wyższymi modelami producenta. Dołączone do oscyloskopu (przynajmniej w wersji 400-megahercowej) sondy są wyposażone w dodatkowy styk sprężynowy (fotografia 12), umożliwiający automatyczną identyfikację współczynnika tłumienia - po podłączeniu akcesorium do urządzenia, na ekranie pojawia się komunikat informujący o zastosowanej sondzie, co wiąże się rzecz jasna z samoczynnym przestawieniem stopnia dzielnika napięciowego w oprogramowaniu oscyloskopu.
Same sondy znajdujące się w zestawie to 500-megahercowy model pasywny o "sztywnym" dzielniku 10:1 (tj. bez możliwości przełączenia na tryb 1:1). Elementy sprawiają bardzo dobre wrażenie pod względem jakości wykonania - bez porównania lepsze od tańszych sond sprzedawanych wraz z niższymi modelami tego producenta. Kompaktowa konstrukcja korpusu, wąska przedłużka (pomiędzy igłą a bliższym stykiem masy), świetnie wyprofilowany pierścień uziemienia, dość ściśle spasowany z zatrzaskiem przewodu masowego, czy też bardzo elastyczny przewód koncentryczny sprawiają, że praca z sondą jest przyjemna i precyzyjna (fotografia 13).
Funkcje matematyczne i dekodowanie
Wśród funkcji matematycznych, oferowanych przez oscyloskopy z serii DHO4000, znajdziemy rzecz jasna wszystkie podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne, nie zabrało także całkowania, różniczkowania, modułu (funkcji bezwzględnej), czy też logarytmów. Szczególnie interesujące w tym kontekście są jednak filtry cyfrowe, umożliwiające proste ograniczenie pasma badanego sygnału na potrzeby lepszej wizualizacji ważnych składowych widma (w dziedzinie czasu). Dość rozbudowana funkcja FFT, dostępna w obecnej wersji oprogramowania, także rokuje doskonale - dość spojrzeć na przebiegi zarejestrowane dla dwóch różnych sygnałów, widoczne na rysunku 4.
Istnieje jednak pewien drobny problem, utrudniający nieco korzystanie z filtrów. Częstotliwość progowa zmienia się bowiem wraz z podstawą czasu, co sprawia, że przydatność filtrów cyfrowych wydaje się być mocno ograniczona. Na szczęście, problem można dość łatwo obejść, "podłączając" kanał matematyczny pod tryb Zoom (lupę czasową), co pozwala obejrzeć szczegóły sygnału w dziedzinie czasu, wciąż mając do dyspozycji spory zakres przestrajania. Co prawda zaimplementowane w oprogramowaniu oscyloskopu charakterystyki filtrów (dolnoprzepustowy, górnoprzepustowy, pasmowoprzepustowy oraz pasmowozaporowy) nie mogą być w żaden sposób zmodyfikowane (przydałaby się funkcja wyboru rzędu filtra), to i tak jest to przyjemna niespodzianka dla użytkowników, którzy wcześniej nie mieli do wyboru takiej opcji.
Niewiele dobrego można natomiast powiedzieć o opcjach dekodowania, których liczne błędy jeszcze dobitniej wskazują na słuszność wyrażonego wcześniej zdania, że seria DHO4000 szczególnie dobrze sprawdza się w aplikacjach analogowych, a niekoniecznie "lubi się z cyfrówką". Pierwsze próby zdekodowania banalnie prostej, czteroznakowej ramki UART, spełzły na niczym (rysunek 5) - tylko przez moment udało się uzyskać kilka poprawnych odczytów. Przebieg (zweryfikowany dla stuprocentowej pewności za pomocą zewnętrznego analizatora stanów logicznych - rysunek 6) uparcie nie dawał się przeanalizować pomimo poprawnych ustawień zarówno w sekcji dekodowania, jak i wyzwalania sygnałem Start szyny szeregowej.
Druga seria pomiarów dość szybko zakończyła się przez… całkowite zawieszenie systemu operacyjnego (fotografia 14). Mało tego - "miękki" reset poprzez naciśnięcie przycisku zasilania spowodował wprawdzie wyłączenie oscyloskopu, jednak po ponownym włączeniu sprzęt znów wpadł w ten sam stan błędu. Pomogło dopiero całkowite odcięcie zasilania sieciowego na kilka sekund. Lektura 25-stronicowego wątku poświęconego seriom DHO4000 i DHO1000 na forum internautów, skupionych wokół EEVblog - wykazała, że nie był to pierwszy przypadek ciężkiego błędu systemowego. Podobny zdarzył się przynajmniej jednemu z użytkowników, wtedy jednak podczas próby zdekodowania szyny SPI.
Regulacja biasu torów wejściowych. Problemy z offsetem
Bardzo interesującą funkcją, którą zastosowali inżynierowie Rigola w urządzeniach serii DHO4000, jest osobna regulacja biasu toru wejściowego. Funkcji tej nie należy mylić z klasycznym pokrętłem przesuwu pionowego (offsetu), znanym z każdego oscyloskopu - tutaj mamy bowiem możliwość przesunięcia sygnału o daną wartość napięcia DC na wcześniejszym etapie kondycjonowania. Takie rozwiązanie zostało wprawdzie przewidziane dla zastosowania z sondami aktywnymi lub kompensacji niewielkich offsetów temperaturowych, ale okazuje się, że pozwala ono także wygodnie oglądać niewielkie zmiany, zachodzące np. "na tle" przebiegu prostokątnego o wielokrotnie wyższej amplitudzie - także wtedy, gdy źródło sygnału jest podłączone bezpośrednio do wejścia BNC. Dobrym przykładem będą tutaj aplikacje korzystające z przełączników i multiplekserów analogowych, w których chcemy obejrzeć tylko przebieg z jednego ze źródeł, podczas gdy inne (o znacznie wyższym lub niższym poziomie bazowym) nas nie interesują. Przykładowo - chcąc zobaczyć szczegóły w górnej części sygnału prostokątnego o wartości międzyszczytowej 1 Vpp i zerowej składowej stałej, należy ustawić bias na -500 mV - skalując czułość kanału możemy wtedy wygodnie przybliżać oglądane przebiegi, bez konieczności każdorazowego korygowania położenia krzywej na ekranie (za pomocą pokrętła offsetu) po zmianie nastawy V/div. Funkcja regulacji biasu wydaje się zatem fenomenalnym uzupełnieniem wysokiej rozdzielczości ADC w aplikacjach wymagających śledzenia subtelnych zmian sygnałowych, które w innych oscyloskopach po prostu zaginą na tle silniejszych składowych.
Przykładowy przebieg testowy pokazano na rysunku 7. Po ustawieniu biasu na -500 mV górna część przebiegu "ląduje" na osi X, pomimo braku przesunięcia za pomocą pokrętła offsetu.
Teraz możemy swobodnie powiększać sygnał, ale... tylko do progu 100 mV/div (rysunek 8), gdyż już przy nastawie 50 mV/div sygnał nagle "ucieka" z pola widzenia (rysunek 9). Dokładniejsza analiza wykazała, że problem ten występuje przy przekroczeniu wzmocnienia równego dokładnie 56 mV/div (można je osiągnąć po wciśnięciu pokrętła, co powoduje przejście w tryb Fine). Być może wiąże się to z progiem, przy którym następuje zmiana zakresu regulacji offsetu - nota katalogowa oscyloskopu podaje wprawdzie wartość graniczną równą 65 mV, ale wszystko wskazuje na to, że jest to jedynie czeski błąd w dokumentacji. Co więcej, słyszalne przełączenie przekaźnika w torze wejściowym następuje właśnie w momencie "skoku" przy 56 mV/div, dlatego też najbardziej prawdopodobną przyczyną problemu jest sprzętowa niedokładność obwodów wejściowych. Tak czy inaczej, aby móc kontynuować przybliżanie wykresu, musimy najpierw znów zredukować przesunięcie za pomocą biasu, a dopiero potem - sekwencyjnie "dokręcając" pokrętła offsetu i V/div - utrzymywać przebieg na ekranie.
Niestety, taka operacja nie uda się dla przebiegów o większej amplitudzie - już przy 2 Vpp tracimy możliwość dalszego przesuwania sygnału za pomocą regulacji biasu, a ograniczenie zakresu ustawiania offsetu powoduje, iż maksymalne wzmocnienie możliwe do uzyskania to 100 mV/div. Co ciekawe, poczciwy Rigol DS1054Z radził sobie w tej sytuacji jak należy i (przy odrobinie cierpliwości, niezbędnej do długotrwałego obracania pokrętła przesuwu pionowego) umożliwił obejrzenie szczegółów sygnału przy wzmocnieniu aż 5 mV/div! Co więcej - przy sygnale na poziomie 5 Vpp szczyt sygnału wygląda dobrze jeszcze dla nastawy 500 mV/div [ds], jednak przeskok na 200 mV/div powoduje znaczne zniekształcenie - z prostej linii "robi się" nagle dość strome zbocze (rysunek 10).
Podczas testów wyszło też na jaw, że w niektórych sytuacjach przekręcanie pokrętła offsetu pionowego w testowanym oscyloskopie… nic nie zmieniało, gdyż sygnał po chwili wracał niczym "na sprężynie" do poprzedniego położenia. Taki błąd występował dla bardzo szerokiego zakresu offsetu, w przybliżeniu od około -400 do -1000 mV (ustawienia: wzmocnienie 20 mV/div, sprzężenie DC, sygnał testowy to prostokąt 1,4 Vpp 1 MHz, bez offsetu DC). Co gorsza, problemowi nie był w stanie zaradzić nawet bias toru wejściowego. Problem znów pojawiał się poniżej progu czułości 100 mV/div. I - jak na złość - w DS1054Z ten problem także nie występuje, gdyż zbyt duży przesuw sygnału powodował po prostu jego zniknięcie z pola obrazowania (tak samo, jak w oscyloskopie analogowym), jednak po powrocie do właściwego przedziału krzywa przebiegu przesuwała się monotonicznie wraz z obrotami pokrętła.
Dodatkową pułapką jest brak funkcji wyświetlania aktualnej wartości biasu na ekranie - aby sprawdzić (lub ustawić) wartość napięcia, należy wejść w menu kanałowe. I w zasadzie nie byłoby w tym nic złego - można się bowiem spodziewać, że funkcja ta będzie wykorzystywana jedynie w określonych przypadkach i to przez świadomych inżynierów, dobrze znających sprzęt. Warto jednak wiedzieć, że przy niektórych zmianach wzmocnienia, oscyloskop czasem samodzielnie przestawia napięcie, np. z -1 V do -0,5 V, dlatego wykorzystując funkcję biasu w aplikacjach podobnych do opisanej powyżej, należy cały czas patrzeć urządzeniu "na ręce" (a ściślej rzecz biorąc - na ustawienia w menu).
Oscyloskop DHO4000 w rękach "analogowca"
Nie ma wątpliwości, że oscyloskopy DHO4000 zostały opracowane przede wszystkim pod kątem aplikacji analogowych. 12-bitowa rozdzielczość natywna, bardzo niski poziom szumu (nominalnie poniżej 18 μVrms) oraz szeroki zakres wzmocnienia torów analogowych sprawiają, że sprzęt dobrze sprawdza się w analizie subtelnych zmian w badanych sygnałach i to zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Choć sprzętowy zakres regulacji wzmocnienia kończy się tak naprawdę na 1 mV/div, to dodatkowe, programowe rozciągnięcie (które moglibyśmy porównać do zoomu cyfrowego w aparatach) w sekwencji 500-200-100 μV/div ma w tym przypadku spory sens praktyczny - przy 16-krotnie drobniejszej kwantyzacji (w por. do klasycznych oscyloskopów bazujacych na 8-bitowych ADC) użytkownik nie odczuwa jeszcze zbyt wyraźnie, że doszedł do krańca możliwości front-endu analogowego.
Trzeba uczciwie przyznać, że możliwości oscyloskopów z serii DHO4000 w "delikatnych" zastosowaniach analogowych robią naprawdę spore wrażenie, czego najlepszym dowodem jest zaprezentowany na rysunku 11 zrzut ekranu, pokazujący poziomy kwantyzacji sygnału z generatora arbitralnego. W połączeniu z trybami wysokiej rozdzielczości lub uśredniania (rysunek 12) już samo to wystarczy, by zacząć rozważać sięgnięcie po portfel.
Do pełni szczęścia brakuje tylko innych trybów wyświetlania sygnału - jedynym dostępnym (przynajmniej jak na razie) jest tryb wektorowy, interpolowany funkcją sin(x)/x. Przy tak zaawansowanych możliwościach oglądania przebiegów na najniższym poziomie amplitudy warto byłoby jednak mieć pod ręką możliwość przełączenia np. na tryb punktowy (bez interpolacji). Z niejasnych przyczyn inżynierowie marki Rigol postanowili nie implementować takiej funkcji, pomimo iż pojedyncza opcja wyboru (sic!) znalazła swoje miejsce w menu Display. Warto natomiast dodać, że podczas analizy złożonych sygnałów analogowych (choć cyfrowych także), doskonale sprawdza się funkcja Persistence (spowalniająca zanik sygnałów w trakcie odświeżania kolejnych ramek, co powoduje efekt akumulacji kolejnych przebiegów), zaś najlepsze efekty daje w połączeniu z kolorystycznym mapowaniem częstości występowania sygnału w danym miejscu ekranu (rysunek 13).
I nie trzeba przejmować się faktem, że korzystając z "termowizyjnej" reprezentacji tracimy możliwość łatwej identyfikacji, który sygnał odpowiada któremu z kanałów analogowych - programiści Rigola zapewnili bowiem możliwość włączenia opisów ekranowych (CH1, CH, itd.), które - oprócz koloru znacznika, znajdującego się po lewej stronie ekranu - jednoznacznie określają pochodzenie danej krzywej (rysunek 14).
Mieszane uczucia budzą natomiast funkcje związane z obsługą pamięci segmentowanej. Podczas gdy tryb Record - umożliwiający nagrywanie kolejnych, krótkich ramek i dowolne odtwarzanie ich w celu analizy - jest naprawdę przydatny oraz intuicyjny, to w przypadku trybu Ultra Acquire (którym Rigol chwali się bardzo intensywnie) można mieć pewne zastrzeżenia co do użyteczności niektórych trybów prezentacji przebiegów (np. Perspective - rysunek 15).
Nie ulega jednak wątpliwości, że pozostałe rodzaje wizualizacji mogą istotnie ułatwić debugowanie urządzeń analogowych i cyfrowych - w opinii autora najbardziej przydatne okażą się tryby Waterfall (rysunek 16), Adjacent (rysunek 17), Overlay (prezentujący przebiegi w sposób zbliżony do funkcji persistence w trybie bez timeoutu, czyli nieskończonego nakładania kolejnych ramek na siebie) oraz Mosaic (rysunek 18).
Oscyloskop umożliwia automatyczne pomiary wszystkich najważniejszych parametrów amplitudowych oraz czasowych. Ukłonem w stronę analogowców jest niezwykle przydatna funkcja pomiaru slew rate, zwalniająca użytkownika z samodzielnego przeliczania czasu narastania lub opadania sygnału w skali określonego przedziału napięcia (choć rzecz jasna i takie pomiary można znaleźć w menu). Wszystkie funkcje pomiarowe zostały bardzo solidnie opisane za pomocą intuicyjnych, jednoznacznych piktogramów, a tam, gdzie to konieczne - także wzorów matematycznych. Niektóre funkcje radzą sobie lepiej ze słabymi sygnałami (słabymi w sensie stosunku amplitudy do nastawy V/div), inne nieco gorzej. Przykładowo - pomiar napięcia międzyszczytowego (Vpp) zachowuje dosyć dobrą dokładność dla sygnałów "zajmujących" co najmniej jedną działkę pionową, zaś pomiar AC RMS radzi sobie nawet w przypadku przebiegów, których obwiednia mieści się w około 1/4 działki pionowej.
Wbudowana funkcja woltomierza w zasadzie powtarza to samo, co można uzyskać za pomocą odpowiednich pomiarów automatycznych (np. AC RMS). Jedyną dodatkową funkcją, która w pewnych sytuacjach (np. podczas pierwszego uruchamiania prototypu nowego układu) może być przydatna, jest alarm dźwiękowy, włączany po przekroczeniu przez sygnał jednego z określonych progów napięcia (minimalnego lub maksymalnego).
Do zakochania jeden krok…
Większość błędów wykrytych przez autora podczas testów (prawdopodobnie z wyjątkiem części problemów związanych z offsetem i biasem) wynika z niedociągnięć programowych. A jak wiadomo, te można poprawić najłatwiej, czy też - wyrażając się nieco precyzyjniej - znacznie łatwiej, niż błędy sprzętowe (których usunięcie w urządzeniach obecnych już na rynku wiązałoby się z dramatycznymi kosztami, ponoszonymi przez producenta). Nie sposób przewidzieć, jakie miejsce na rynku zajmą serie DHO4000 oraz DHO1000, trudno jednak nie zgodzić się ze stwierdzeniem, że błędy programowe zdają się wynikać z pośpiechu i braku wystarczających testów przed rynkową premierą. Najprawdopodobniej jest to skutek oddechu konkurencji, który Rigol czuje na plecach (firma Siglent jest wszak największym i w zasadzie jedynym liczącym się konkurentem w środkowym segmencie rynku oscyloskopów, zarówno pod względem cen, jak i poziomu dopracowania urządzeń) - niemal w tym samym czasie, co Rigol (czyli w połowie roku 2022), Siglent także zaprezentował bowiem swoje pierwsze 12-bitowe rozwiazanie.
Oscyloskopy z serii DHO4000 to niewątpliwie sprzęt dla tych użytkowników, którzy doskonale wiedzą, czego szukają w nowoczesnym urządzeniu pomiarowym i… nie liczą na produkt do wszystkiego. Dość przeciętna częstotliwość próbkowania (i to przy podziale pomiędzy wszystkie cztery kanały), obecność dość licznych bugów programowych czy też pewnie niedociągnięcia pod względem użyteczności - w opinii autora - nie są jednak w stanie przekreślić ogromnych zalet i potencjału, jakie daje dobrze zaprojektowany hardware urządzenia. Brakuje jedynie dopracowania firmware’u i ewentualnie delikatnej optymalizacji pod względem responsywności GUI.
Dlatego też z pewnością wielkim błędem byłoby skreślenie linii DHO4000 (czy też DHO1000) już na starcie. A takie właśnie nastroje można wyczuć wśród niektórych wyznawców Siglenta, którzy za wszelką cenę próbują udowodnić wyższość tej marki nad Rigolem w każdym możliwym aspekcie. Tymczasem rzetelnie podchodzący do tematu użytkownicy dobrze wiedzą, że podczas wyboru sprzętu nie liczy się tylko i wyłącznie logo widoczne na panelu czołowym, a często nawet katalogowe parametry, różniące się nieznacznie na korzyść którejś ze stron. Każda firma zalicza wzloty i upadki, które w ogólnym rozrachunku wspólnie budują postęp technologiczny i stymulują konkurencję do przekraczania kolejnych granic możliwości pomiarowych, zaś Rigol od lat bardzo dobrze radzi sobie z podnoszeniem poprzeczki w tym trudnym (bo budżetowym) segmencie rynku. Ponadto, w rzeczywistości w grę wchodzą także inne aspekty - liczba i rodzaj funkcji pomiarów automatycznych (a także ich rzetelność), wygoda codziennej pracy, czy nawet niuanse pomiarowe, ujawniające się w pewnych specyficznych przypadkach. I właśnie świadomi tego wszystkiego odbiorcy zdecydują się na wybór rozwiązania, które naprawdę spełni ich potrzeby - bez obrażania się na jedną markę czy faworyzowania innej. Warto też dodać, że kampania reklamowa Rigola mocno promuje najnowsze oscyloskopy, dlatego możemy mieć nadzieję, że niebawem pojawią się kolejne, ulepszone wersje firmware’u.
Jak to mówią - jeśli kocha, to poczeka. Zdaniem autora, na sprzęt o takim potencjale i w tak atrakcyjnej cenie zdecydowanie warto nieco poczekać. I z pewnością można (a nawet warto) się w nim zakochać - o ile tylko inżynierowie Rigola sumiennie odrobią swoje zadanie domowe.
inż. Przemysław Musz, EP
