Гальваническая развязка usb осциллографа

Технические вопросы

1. Есть ли гальваническая развязка с USB портом?

USB осциллографы не имеют гальванической развязки с USB портом. Портативные и настольные тоже не имеют развязки с USB портом при подключении к компьютеру. Причина этому одна скорость передачи данных между прибором и компьютером составляет 240 Мбит/сек. Такую скорость «развязать» трансформатором никак нельзя. Оптическая же развязка на такой скорости будет стоить очень дорого. Однако, USB устройства просто необходимо развязать по земле во время измерения устройств подключенных в общей сети питания. Для этого есть несколько подходов.

1. Использовать ноутбук (нетбук). У него вообще нет контакта заземления, а импульсный БП гальванически развязан.
2. Использовать компьютер, который питается от ИБП отключенного от розетки.
3. Использовать отдельное устройство для гальванической «отвязки» USB устройств. Оно обеспечивает максимальную скорость 12Мбит/сек, но так как USB осциллографы обратно совместимы с USB 1.1, то они будут работать и на этой скорости, правда частота обновления сигнала на экране будет несколько кадров в секунду.

Каков максимальный уровень измеряемого сигнала?

Паспортное значение максимального уровня сигнала подаваемого на вход при измерении составляет 35В., т.е. при использовании аттенюатора в режиме 1Х не следует измерять сигнал, пик колебаний которого превышает 35В. Если вы подозреваете, что измеряемый сигнал имеет большее значение пика, то переключите аттенюатор в положение 10Х. 35В является предельным паспортным значением пика, которое включает как составляющую постоянного тока, так и колебания переменного тока с частотой менее 10КГц. Например, если постоянная составляющая 20В, а переменная составляющая имеет амплитуду 60В, то колебания будут происходить от -10В до 50В. Пик: 50В. В этом случае надо использовать режим 10Х на аттенюаторе щупа.

Какая защита стоит на входе?

На входе установлен защитный диод. Инженеры производителя сообщили, что если контакт щупа "земля" подключен к "земле" (понятие "земля" относительно, часто подразумевается "общий провод"), то устройство должно работать без проблем и при превышении максимального предела даже в 2 раза. Однако, это не является паспортным режимом работы осциллографа и при поломке устройства не является гарантийным случаем.

От какого значения рассчитывается уровень шума?

Абсолютное значение шума различно при разных установках значения V/div и рассчитывается от полной шкалы. Например, при значении 5 V/div и указанном уровне шума 3%, максимальное абсолютное значение шума составляет: 5 В * 8 делений * 3% = 40 * 0.03 = 1.2В. Превышение этого уровня является дефектом устройства. Любой уровень шума менее этого значения – нормальная работа устройства. Из нашей практики тестирования устройств, большинство имеет уровень шума около 1.5%, но некоторые реально имеют шум ближе к 3%.

Сколько значащих бит реально в АЦП?

В устройствах 2090,2150,2250 используется 8-и битный АЦП. На низких частотах количество значащих бит близко к 8. С повышением частоты количество значащих бит плавно уменьшается. На самых высоких частотах оно составляет более 6 бит. Точных значений частот и графика зависимости производитель не приводит.

Что делать, если светодиод не горит при включении устройства в USB?

Сначала проверьте, включен ли компьютер, работает ли USB порт (подключите к нему заведомо работающее устройство, например, flash накопитель ). Установите правильные драйверы осциллографа. Без драйверов осциллограф может не инициализироваться и светодиод не включится. Попробуйте проделать это все на другом компьютере. Если ничего не помогло, то велика вероятность, что осциллограф неисправен. Обычно это происходит по причине превышения максимального допустимого уровня измеряемого сигнала или нарушения условий эксплуатации.

Какова скорость передачи данных по USB?

Производитель использует чип CY68013A, который в теории может давать до 480Mbps, но реальная скорость передачи между устройством и компьютером составляет 240Mbps.

Можно ли использовать осциллограф с USB 1.1?

Да, можно, но очень затруднительно из-за очень низкой скорости передачи (12Mbps).

При переключении V/div слышны щелчки из устройства. Это нормально?

Да. В осциллографе используются качественные реле для коммутации сигналов. Они и создают эти звуки.

Где можно посмотреть устройство в открытом виде?

Общий размер буфера 64К. В двуканальном режиме размер буфера на канал от 10К до 32К. В одноканальном режиме от 10К до 64К. Размер буфера может быть выбран в программе. При определенных установках скорости выборки доступны не все варианты размеров буфера.

Как используется интерполяция сигнала? Зачем она нужна?

Нижесказанное верно только для модели DSO-2150. Для других моделей значения буферов, скоростей и границы начала использования интерполяции могут быть другие.

Объяснение от производителя:

При значениях менее 10мкс на деление используется интерполяция данных (sinX)/X.

Далее наши рассуждения (их верность не гарантируется):

Размер буфера при такой скорости доступен только один – 10000 замеров. На экране 10 делений. Получаем:
10мкс/деление*10 делений = 100 мкс на весь экран
10000 замеров / 100 мкс = 100 000 000 замеров / 1 сек
т.е. при 10мкс/деление будет скорость 100MS/s.
Если ставим следующее меньшее деление (4 мкс), то требующаяся скорость замеров вырастает в 2.5 раза. Чтобы заполнить экран 10000 замерами за отведенный период требуется скорость в 250MS/s, а осциллограф DSO 2150 дает максимум 150Ms/s. Что делать? Интерполировать! Т.е. для DSO-2150 при 4мкс/деление и меньше он реально не успевает замерить все 10000 значений, а меряет сколько может и передает данные, а по ним программное обеспечение дорисовывает используя sin(x)/x или другой выбранный режим интерполяции.
Внимание! Использование режима интерполяции sin(x)/x сильно нагружает процессор и приводит к замедлению отображения информации в программе.

Куда лучше подключать осциллограф, напрямую к компьютеру или к внешнему USB коммутатору?

Производитель рекомендует подключать осциллограф напрямую к компьютеру, используя оба штекера. В нашей практике подключение к внешнему USB коммутатору не влияет на качество сигнала, но помогает снизить токовую нагрузку на порты компьютера.
Наш вывод: можно подключать и к компьютеру и к коммутатору.

Устройство продолжает делать замеры, когда передает данные?

Нет. Осциллограф работает последовательно. Сначала заполняет буфер данными замеров, затем передает полученные данные по USB. Во время передачи замеры не ведутся, и триггер может быть пропущен.

Какова максимальная частота дискретизации?

Для устройства DSO-2150 она составляет 150Мгц. Эта частота достижима только в одноканальном режиме. При использовании обоих каналов максимальная частота 75Мгц на канал. Аналогично и для других моделей.

Другие вопросы

1. В чем преимущества покупки у нас?

• Мы понимаем, что мы продаем;
• У нас официальные ПРЯМЫЕ поставки из Китая;
• У нас есть связь с инженерами производителя, и мы можем перенаправить ваши вопросы им;
• У нас хорошие цены;
• Мы отправляем товары по всей России;
• Мы даем гарантию до 3-х лет;
• Мы перевели для вас документацию;
• Вы можете вернуть устройство нам в течение 14 дней после получения, если оно вам не подошло.

Hantek, Voltcraft, Darkwire, Protek, Acetech – это одно и то же?

Да. Реальным производителем является QINGDAO Hantek Elelctronic Co. (http://www.hantek.com.cn) в г. Циндао, где располагается один из крупных промышленных центров КНР. Они позволяют некоторым вендорам перемаркировать свою продукцию в торговые марки самого вендора.

Как выбрать модель?

В первую очередь Вам надо определиться, с сигналами какой частоты Вы собираетесь работать.

Есть три основных параметра: аналоговая пропускная полоса, частота дискретизации и пропускная полоса реального времени.

Аналоговая пропускная полоса и частота дискретизации задаются в паспортных данных.

Пропускная полоса реального времени считается как частота дискретизации деленная на 2.5.

Математически следовало бы делить на 2, но это пограничное значение для идеальных условий и идеального фильтра, на что особо рассчитывать не стоит.

Частота дискретизации – это то же самое, что и количество выборок (замеров) в секунду.

Цифровые осциллографы, в теории, могут работать в режиме реального времени и в режиме эквивалентной дискретизации.

Режим выборки в реальном времени позволяет получать точную форму даже одиночного сигнала. Повторяющийся сигнал рассматривается как набор одиночных сигналов. В этом режиме важную роль играет пропускная полоса реального времени.

Пусть у Вас есть сигнал 50МГц и осциллограф с аналоговой полосой пропуска 400МГц и частотой дискретизации 100МГц., увы, он не сможет воспроизвести сигнал качественно, так как 100МГц/2.5 меньше, чем 50МГц. Т.е. полоса пропускания реального времени меньше, чем частота измеряемого сигнала, следовательно для режима измерения в реальном времени аналоговая пропускная полоса должна быть как минимум равна частоте измеряемого сигнала, а частота дискретизации должна быть как минимум в 2.5 раза больше частоты измеряемого сигнала. Однако, если сигнал частотой 50МГц рассматривать на частоте дискретизации в 100МГц, то на один период будет всего два замера, что может Вам не хватить, т.е. чем в большее количество раз частота дискретизации превосходит частоту сигнала, тем точнее отображается форма наблюдаемого сигнала.

Модели DSO 2090,2150,2250 работают в режиме реального времени.

В режиме эквивалентной дискретизации осциллограф делает несколько замеров повторяющегося сигнала, каждый раз получая значение сигнала с разным сдвигом от срабатывания триггера. Фактически делается замер многих точек в разных сигналах и по ним реконструируется точная форма сигнала – это своего рода метод последовательного приближения. Очевидно, что этот метод работает только для точно и многократно повторяющегося сигнала. В этом режиме основную роль играет аналоговая пропускная полоса, частота дискретизации не столь важна.

Пусть у Вас есть повторяющийся сигнал 200МГц и осциллограф с аналоговой полосой пропускания 200МГц и частотой дискретизации 100МГц в режиме выборки в эквивалентном времени. Вы получите хорошее отображение сигнала, так как аналоговая полоса пропустит сигнал, а форма сигнала будет восстановлена по нескольким замерам в разных точках от обнаружения триггера.

Модели DSO 2090,2150,2250 не имеют эквивалентной дискретизации. Модель поддерживающая такой режим: DSO-5200A.

• Цена: $94.77

• Перейти в магазин

Двухканальный осциллограф-приставка с генератором сигналов, ГКЧ и анализатором спектра.
Скриншоты, пытки предельными частотами, расчленёнка и элементы тёплого лампового звука прилагаются.
Уважаемый Sunrekax опубликовал здесь обзор данного осциллографа. Обзор я почитал, как стал выбирать приставку для возможных вылазок, да и чтобы лишний раз не доставать свой «большой» осциллограф. К тому же, в этой приставке есть генератор сигналов, скромный, но мне пойдёт, и ГКЧ, с помощью которого можно снимать АЧХ всяких усилителей. Решил заказать.

Через 9 дней курьер СПСР приволок до дома посылку. С наличием отсутствия всегрызущих почтовых крыс повезло, посылка повреждена не была.

Сама посылка

А в ней

А в коробке

В комплекте идёт сам осциллограф, два щупа для осциллографа (с комплектом разноцветных колец и отвёрткой для подстройки), щуп для генератора сигналов и неожиданно приличный по длине и качеству usb кабель.
Прилагается диск с софтом и полезными для любителей изучать технический китайский видюшками.
Однако лучше сразу скачать свежую версию программы Multi Viranalyzer.

С одной стороны прибора гнездо usb, индикатор питания, регулировка смещения и амплитуды встроенного dds.

С другой — входы каналов осциллографа, выход калибратора и выход dds.

Ставим программу, подключаем приставку, вот что вышло при проверке встроенного dds:
Простой режим (можно регулировать настройки вращая привычные ручки):

Профессиональный режим:

Впрочем, в обзоре Sunrekax это всё описано, imho смысла повторять не имеется.
Лучше посмотрим, что сей Instrustar реально может.

Для проверки использовался старший брат, АКИП-4115/5А.

Что же, подключим его к DDS и начнём пытать пациента.

Как видим, частоты больше мегагерца приводят к сильным искажениям сигнала, хотя от нечего делать можно запустить на 3MHz при обещанных 2.

Теперь попробуем пилить (к сожалению, не бюджет 🙂 ).

Синусоиду генерировать получается до 30MHz. Неплохо, ибо обещали до 20. 🙂

Что же, с генератором сигналов более-менее понятно. Попробуем попытать собственно осциллограф.
Для этого при помощи завалявшейся атмеги, модуля ad9851, схемы и прошивки со sxem.org и такой-то матери был сколхозен dds.

Обещанную верхнюю границу на синусоиде ISDS не осилил, что не сильно удивляет. При частоте дискретизации 100MHz особо не разгонишься.

Обратите внимание, что на частотах больше 10MHz frequency counter у ISDS вольно показывал что-то своё, а не реальную частоту сигнала. Для правильного определения частоты ему нужен сигнал посильнее. Но от встроенного DDS, как ни подкручивал амплитуду, больше 16MHZ он правильно не определял.

Запускаем программу в режиме «Sweeper», ставим диапазон от 5 до 20000 герц, в результате получаем:

Честно говоря, в районе инфразвука результат какой-то слишком хороший. :/

Есть анализатор спектра. Например, прямоугольник 500kHz:

И его спектр:

Вроде бы выглядит правдиво.

В целом неплохой осциллограф, есть полезные дополнительные функции, мобилен.
На заявленных 40MHz, правда, на нём и синусоиду не посмотришь, но если интересующие частоты заметно ниже, то вполне можно использовать.

• Цена: $7.59 (без учета доставки)

• Перейти в магазин

По роду занятий мне часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда подключаемое к компьютеру по USB устройство не должно иметь непосредственной электрической связи с ним, потому как это может повлечь как просто большие помехи вплоть до потери работоспособности, так и взаимное влияние блоков питания компьютера и тестируемого устройства. Вариантов решения не так много и наиболее простой из них, применить гальваническую развязку.

Я рассказывал добавлении гальванической развязки к одной из моих электронных нагрузок, вариант по своему тоже простой, но тем не менее требующий вмешательства в конструкцию нагрузки, а также установки специального ПО. Как альтернативные варианты:
1. Гальванически развязать сам компьютер от сети, но при этом надо отвязывать и монитор и питание USB хаба и принтера, в общем не вариант.
2. Применить WiFi, Bluetooth, Ethernet. Изоляция супер, но сложность исполнения высокая и обычно каждое устройство надо дорабатывать отдельно.
3. USB изолятор. Устройство предельно простое, полностью прозрачное с точки зрения программной и аппаратной составляющей, может быть применено по мере необходимости и собственно о нем я сегодня и буду вести рассказ.

Действительно, иногда надо просто временно развязать компьютер и подключаемое устройство, как для работы, так и для проверки «кто виноват», потому я и заказал именно такой вариант, хотя как писал в самом начале, стараюсь по мере возможности делать развязку внутри самих устройств, например как я это делал в моих блоках питания.

На момент покупки стоило $7.59+1.63 за доставку, итого около 9.2 доллара, недешево, но мне их и не десяток надо было.
Через время получил такой пакетик, правда попутно заказывал пару модулей WiFi-UART, но продавец почему-то решил что мне они не нужны и не выслал, печаль, на один полезный обзор будет меньше 🙁

Фото в сравнении со стандартным спичечным коробком для понимания размеров.

И габариты со страницы товара.

Исполнение вполне аккуратное, можно конечно придраться, но я не буду так как меня все устроило.

Кроме USB разъемов на плате есть еще три светодиода и переключатель, пара светодиодов отображает режим работы (Low и Full speed), а также подачу питания на выход, при помощи переключается выбирается режим передачи, те самые Low и High speed.

Все емкие конденсаторы на плате танталовые, по входу есть самовосстанавливающийся предохранитель на ток 400мА, так что в безопасностью все нормально.

Устройство, подключаемое через развязку получает питание через изолированный преобразователь напряжения, в данном случае 5-5 Вольт, мощностью 1 Ватт, т.е. максимальный ток нагрузки 200мА, при этом от него же питается и вторичная сторона самой платы потому сильно не разгуляешься, например попытка подключить внешний SSD накопитель привела к его циклической перезагрузке.
Я себе в другом магазине купил пяток подобных преобразователей для питания вольтметров с VFD дисплеями, да и просто для разных применений, полезная вещь.

А за собственно развязку отвечает ADUM3160, рядом расположен оптрон, при помощи него от переключателя идет команда на управляющий входу ADUMа для задания скорости передачи данных.

По заявлению производителя (если считать что чип оригинальный, а не клон) обеспечивается гальваническая развязка с максимальным напряжением до 2.5кВ и скоростью передачи данных 1.5/12 Мбит.

Снизу пусто, но должен сделать замечание. В характеристиках ADUM3160 указано что он выдерживает 2.5кВ, но в данном случае напряжение пробоя будет ограничено не им, а расстоянием между контактами преобразователя напряжения. Не знаю сколько держит его изоляция, но расстояние между 2 и 3 контактами маленькое и я бы как минимум сделал там прорезь в текстолите.

Измерение емкости между сторонами изолятора я провел сначала в варианте земля/земля, прибор показал 26пФ, потом измерил емкость земля/питание, показало те же 26пФ что на мой взгляд более чем нормально.

А теперь проверим его в работе.
Здесь проверка проходила не с каким-то из моих устройств, а с обычной флешкой, собственно для изолятора все равно что там подключено так как он полностью прозрачен для системы, не требует никаких драйверов и прочего, включил и работай, чем собственно меня и заинтересовал.
На первичной стороне есть два светодиода, синий и красный, синий светит когда выбран режим высокой скорости (12 Мбит), красной — низкой скорости (1.5 Мбит).
Но почему-то нормально работал только режим Full speed, при низкой компьютер видел что что-то подключено, но не мог определить что это. Проверял как флешки, так и USB-UART конвертер, переключал как «на ходу», так и с переподключением, в Low speed ничего не заработало.

Немного тестов скорости.
1. Кардридер, включено в USB 3.0 хаб
2. Кардридер, включено в USB 2.0 компьютера
3. USB 2.0 флешка, включено в USB 2.0 компьютера.

Максимум я получил скорость около 9 Мбит, что в принципе нормально, при этом видно, что в варианте с прямым подключением к компьютеру скорость выше.

1, 2. Ток потребления в режиме Full speed ниже чем в Low speed и составляет соответственно 15 и 28мА.
3. Напряжение на выходе без нагрузки выше чем на входе, примерно на 0.1 Вольта.
4, 5. Интересно что в режиме Low speed ток потребления нагрузки падает почти до нуля (фото 5), при этом питание есть так как работает тестер, но устройства не определяются, о чем я писал выше.
6. Нагрузочная способность модуля очень маленькая, уже при токе нагрузки в 60-65мА напряжение проваливается до 4.6 Вольта. В данном тесте изолятор был подключен через USB удлинитель, но даже при прямом подключении разница была не очень большая.

И так положительное, качество изготовление нормальное, модуль работает стабильно, данные передаются, пользоваться очень удобно так как он просто включается между компьютером и целевым устройством, например той же нагрузкой, блоком питания, USB осциллографом и пр.
Отрицательное. Скорость только до 12 Мбит, потому подойдет для не очень скоростных устройств, причем почему-то работает только в одном режиме. Нагрузочная способность по выходу мала и составляет всего около 40-50мА, из-за чего целевое устройство желательно питать отдельно. Есть также нарекания к качеству изоляции между первичной и вторичной стороной, решить можно заменой DC-DC изолятора, причем если применить более мощный, то вырастет и нагрузочная способность по выходу.

Резюме, если знать о нюансах применения, то имеет право на жизнь и в некоторых ситуациях может реально облегчить жизнь. У меня не так давно был реальный случай, когда при определенной комбинации электронной нагрузки, ее блока питания, тестируемого блока питания и компьютера соединение по USB пропадало через каждые 5-10 секунд, USB изолятор решил бы эту проблему так как без подключения к компьютеру все работало стабильно.

У продавца есть купон 2/15, потому при покупке двух штук можно немного сэкономить, я этот купон использовал так как заказывал эту плату+два WiFi-UART модуля.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен.