JDS-6600, aneb už vím co to je

Před časem jsem se zmiňovala o určitých problémech s JDS-6600. Podstatou bylo, že generátor při určitých šířkách pulzu produkoval pulzy s různou šířkou, přesněji řečeno, čas od času vložil nějaký širší nebo užší. S oblibou se to dělo kolem šířek jako 33.3% a podobných „divokých“ čísel. Když jsem se o tom bavila s dalšími lidmi, nikdo nebyl schopen moje zjištění se stejným generátorem zopakovat, takže jsem dospěla k závěru, že mám asi starý firmware a měla bych ho upgradovat…příležitostně. Nakolik to byl omyl netuším dodnes, ještě jsem neupgradovala, ale alespoň teď vím CO to je a KDE se to bere. A také proč to neviděl nikdo jiný. Což mne vede k přesvědčení, že upgrade ničemu nepomůže.

1. Jak problém vypadá

Na obrazovce osciloskopu vypadá jev zhruba takto:

Trigger se chytá náběžné hrany spolehlivě, sestupná hrana ale viditelně prochází dvěmi různými cestami. Přesně dvěmi cestami, to je důležité podotknout. Jejich vzdálenost je cca 4ns (z dalších screenshotů bude vidět, že je 3.8ns). Osciloskop má nastaven nekonečný dosvit.

Na tomto místě je třeba zmínit pár slov o osciloskopu. Pokud se podíváte na vzorkovací kmitočet, dospějete k číslu 500MS/s, což věru není mnoho, jenže. Osciloskop sám umí funkci RIS, je to funkcionalita specifická pro LeCroy a velmi zjednodušeně řečeno je to funkce, která kříží DSO s vzorkujícím osciloskopem. Podstatou té funkce je, že osciloskop dokáže velice přesně zjistit čas mezi triggerem a následujícím vzorkem a na základě toho je schopen přesně napozicovat navzorkované hodnoty ve vztahu k triggeru. Pokud je signál spolehlivě periodický, dokáže osciloskop tímto způsobem složit vzorky z několika trigger eventů a z nich rekonstruovat průběh, čímž se dokáže dostat na efektivní vzorkovací kmitočet 25GS/s. Tomu odpovídá i rychlost sampleru a mnoho dalších internálií osciloskopu. Náš signál není periodický, čili funkci RIS nemohu použít, vrátila by mi nesmysl. Nicméně. Ikdyž tuto funkci vypnu, osciloskop pořád dokáže přesně pozicovat jednotlivé vzorky vůči triggeru a současně mám stále rychlý sampler. A v kombinaci s nekonečným dosvitem mi to zobrazí všechny cesty, kterými signál prochází a dám-li tomu dostatek času, tedy navzorkuji dostatečné množství průběhů, dostanu obraz, který je svým rozlišením velice blízko tomu, co by vrátila funkce RIS a to i přesto, že signál není sám o sobě perfektně periodický. Tímto chci říct, že to, na co se díváte, jsou průběhy navzorkované (efektivně) v rozlišení někde kolem 20GS/s, čili něco, co nemáte šanci dostat z entry level osciloskopu.

Jaký vzorkovací kmitočet by tedy osciloskop měl mít aby toto bylo vidět? Tuto otázku jsem si měla položit než jsem začala uvrtávat jiné lidi do toho, aby mi zkusili existenci toho problému potvrdit na jiných kusech. Obligátní 2GS/s mi v tomto pádě poskytou osm bodů, přičemž ony si nějak sednou k triggeru. Jelikož většina moderních DSO umí pre-trigger, bude to víceméně náhodně, což vnese ke každé z cest jitter tří bodů minimálně, čili pokud chci něco odlišit, potřebuji vzdálenost více než šesti bodů, při 2GS/s mám osm, čili pokud všechno ostatní proběhne naprosto ideálně, mělo by to být velmi nevýrazně vidět. Ovšem nic na světě není ideální. Obávám se, že s průměrným entry level osciloskopem prostě není šance tohle vidět.

2. Jak to vypadá v detailu

Tak začneme bodem triggeru, ten je v tomto případě stabilní. O tom je nutné se při tomto typu měření přesvědčit.

Následuje sestupná hrana.

Tady vidíte, že většinově signál prochází bodem vzdáleným 3.310µs, minoritně 3.3065µs, nebudeme si tu hrát na nějaké stovky ps. V tomto případě byl generátor nastaven na 33.1% střídu a kmitočet 100kHz. Četnost průchodů každou z cest se viditelně liší a delší cestou prochází průběh výrazně častěji. Takto to ale není vždy, průchody mohou být vyrovnané, případně může dominovat kratší pulz. Podíváme se nyni na průchody při různých nastaveních šířky pulzu, konkrétně 33.2%, 33.4%, 33.5% a 33.6%, tedy pozice 3.32µs, 3.34µs, 3.35µs a 3.36µs.

 

 

 

 

Nyni už vidíte vzorec. Čím blíže nastavené hodnotě cesta je, tím časteji jí signál prochází. Navíc vzdálenost jednotlivých cest je konstantních 3.8ns, což odpovídá kmitočtu cca 263MHz. Přesnou specifikaci samplerate generátoru se mi najít nepodařilo, některé prameny uvádí 250MHz, jiné 200MHz, každopádně 263MHz je v tomto světle uvěřitelných, čili ano, to, na co se díváme, je vzorkovací kmitočet generátoru. A generátor namísto aby posílal signál nejbližším bodem, jak jsem předpokládala, řeší problém poměrově, tj. jednotlivé periody prochází buď bližším, nebo vzdálenějším, bodem, přičemž poměr četnosti těchto průchodů odpovídají blízkosti k nastavené hodnotě.

3. Představuje to problém?

Správnější otázkou je spíše „jak velký problém to představuje“. Ty generátory to patrně dělají všechny a nikdo jiný to nenašel. Na fakt, že člověk určitým způsobem „vidí“ pod 1ns, byť se spoustou omezení, je to 500MHz osciloskop, se zvyká opravdu velmi rychle. Upřímně, nevidím problém v tom, že hrana nějakého signálu na levném 40MHz AWG uvandruje o 4ns. On by to nebyl problém kdyby uvandrovala o 20ns. Dokud je tato chyba fixní napříč periodami, nepředstavuje to zásadní problém. Co ovšem problém představuje (minimálně z mého pohledu) je jitter a z něho plynoucí „fázový šum“, který je, díky tomu, že to chodí jen dvěma cestami, navíc velice „divný“ až záludný. Toto je jedním z důvodů, proč takové řešení nepovažuji za úplně vhodné. Kdyby to prostě poslali nejbližším bodem a nedělali tento „poměrový vynález“, drtivá většina lidí by si toho nevšimla, ale dostali by ze zařízení čistější signál. Nebo třeba kdyby to bylo vypínatelné, i to by bylo řešením. Opět. Většina lidí si nevšimla, že sestupná hrana chodí dvěma cestami, takže nemají šanci změřit chybu vzniklou tak, že sestupnou hranu prostě prohodím nejbližším bodem. Těmto lidem je poměrovost toho řešení k ničemu, je to zbytečně implementovaná funkcionalita. No a pokud dokážete vidět takto rychlé signály, představuje pro vás tato funkcionalita problém.

Definitivně to není bug, funguje to tak, jak to bylo zamýšleno. Je to konstrukční rozhodnutí, které ve svém důsledku řeší prakticky neexistující problém vytvořením skutečného problému.