أجهزة الأوسيلوسكوب الرقمية.
ظهرت التقنية الرقمية منذ الأربعينيات و فى الواقع أول حاسب آلى الكترونى تم فى 1946، لماذا لم تظهر أجهزة أوسيلوسكوب رقمى حتى الثمانينات؟ السبب هو السرعة.
كانت الأجهزة تعمل بالصمامات الالكترونية و لم تكن تصلح لعمل وحدة تحويل من تماثلى إلى رقمى فى حجم مناسب ولا سرعة كافية، ولم يمكن الدمج إلا فى عصر الدوائر المتكاملة بعد تصغير حجم الجهاز ووزنه واستهلاك الطاقة و أصبح فى المتناول قطع تقوم بالوظائف المطلوبة بحجم مناسب وسرعة مناسبة.
بدأت أول النماذج بإدراج جهاز قياس رقمى مع الأوسيلوسكوب بحيث يأخذ المطلوب قياسه من دائرة Sample And Hold – انقر الصورة للمشاهدة بالحجم الطبيعى
هذه الدائرة مرتبطة بخطوط رأسية إن كان المطلوب قياس الزمن أو أفقية إن كان المطلوب قياس الفولت، وتظهر النتيجة على شاشة حمراء رقمية، بالطبع كانت تلك طفرة فى التقنية حيث أعفت المستخدم من سلسلة من القراءات والضرب فى معامل و السهو أو الخطأ البشرى وارد رغم كونها محدودة بقياس واحد فى المرة الواحدة أى إما تقيس الزمن أو الفولت و قياس واحد مهما تعددت قنوات الجهاز. إلا أن استخدام أزرار متعددة ربما قلل من تأثير هذا القصور.
فى منتصف الثمانينات، بدأت تقنية الحاسب المصغر Micro Controller تتقدم و بدأت الحاسبات الشخصية فى الظهور مما أتاح تقنية الكتابة على الشاشة للاستخدام و بهذا بدأت أوائل المحاولات لكتابة نتائج القياس على الشاشة.
وترى على الشاشة المؤشرات Cursors التى تبين نقط القياس و أصبح من الممكن كتابة بيانات عديدة لكل القياسات المطلوبة.
الآن أصبح من الممكن أن نربط هذه الأجهزة بحاسب لنقل البيانات بينهما و مع تطور الأجهزة والدوائر الرقمية أصبح من الممكن حتى الضبط من بعيد من خلال الحاسب أو بحفظ البيانات عن الضبط المطلوب فى ذاكرة
الطفرة الكبرى جاءت مع انخفاض ثمن الذاكرة و ازدياد سرعة الحاسبات مع ازدياد سرعة الدوائر الرقمية ودوائر التحويل من تماثلى لرقمى فأصبحت الأجهزة الآن رقمية بالكامل (مازالت بعض الأجهزة التقليدية تصنع حتى الآن فلكل سعر طلبه) وهذا أدى لتغيير مفهوم التعامل معها كليا
تم الفصل بين دوائر الرسم ودوائر التسجيل
وبهذا أصبح كل منها يعمل على أفضل ظروف مناسبة له، فلو الموجة بطيئة، يكون تحديث البيانات بطئ ولكن الرسم مازال بسرعة مناسبة لتوفير صورة مريحة للعين ، ولو الموجة سريعة، يكون التحديث سريع أيضا دون أن يؤثر ذلك على إضاءة الشاشة نتيجة لسرعة الرسم، ولهذا ألغى مفتاح Chop/Alt
الشكل يوضح مخطط لجهاز رقمى فنرى عدة مداخل تتصل بمفاتيح ES
لم تعد هناك مفاتيح ميكانيكية و أصبحت كلها الكترونية Electronic Switches و بهذا تستطيع أن تحتفظ فى ذاكرة الجهاز بالضبط المختار لكل مفتاح و شكل الموجة و عند الحاجة يضبط الجهاز نفسه و يقارن لك الموجة الحالية بالموجة الصحيحة.
يخرج الفولت من المفاتيح لوحدات Sample And Hold والتى تحفظ عينة لحظية من قيمة الموجة حتى تنتهى دائرة التحويل من تماثلى لرقمى D/A من عملها. تتولى دائرة التخزين Storage Circuit حفظ البيانات فى ذاكرة البيانات Data Memory
تقوم دائرة Drawing And Display برسم الجزء المطلوب عرضه وكتابة البيانات المناظرة على الشاشة فلم تعد هناك حاجة لزمنين فالبيانات المخزونة رقمية و تكبيرها مسالة إعادة رسم للجزء المطلوب كما يمكن أن ترسم الموجة الأصلية و المكبرة على نفس الشاشة.
أصبحت الشاشات كبيرة باستخدام تقنية الشاشات الكريستال أو LED و ملونة لتسهيل التمييز بين الرسومات. بعض الشاشات حساسة للمس فيمكنك بإصبعك تحديد الجزء المطلوب تكبيره أو اختيار لأى قناة للعرض أو الضبط دون الحاجة لتحريك مفاتيح. كما أن البعض يعمل بنظام ويندوز بداخلة. كما أصبح به خاصية الضبط الآلى أى بضغطة زر يتولى ضبط الزمن و التكبير لعرض الإشارة بصورة مناسبة و كتابة القيم على الشاشة.
أصبح من الممكن استخدام طابعات و الربط مع الحاسبات ربطا فاعلا أى يتحكم الحاسب فيما يعرضه الأوسيلوسكوب.
نظرا لاستخدام حاسب داخل الجهاز أصبح من الممكن إجراء عمليات حسابية معقدة على شكل الموجات كحاصل ضرب موجتين لتحديد القدرة أو تحليل فورير لها لتحديد التوافقيات الموجودة الخ
أصبح هناك ما يسمى الضبط الآلى أى يتولى الجهاز تحديد أفضل الخيارات لعرض الموجة
أجهزة القمة الآن تعرض بنطاق ترددى يصل 2 جيجا هرتز أى تعرض الموجة المستقبلة من LNB لأجهزة الاستقبال الفضائى. يجب هنا أن نوضح أمر هاما وهو معدل الترميز Sampling Rate
مثلا الجهاز ذو النطاق 1 جيجا هيرتز قد يكون له معدل ترميز 500 جيجا أى
Sapling Rate = 500 GS/Sec
إذن ما الفرق؟ أن يكون 500 أو أكثر أو أقل؟؟
هذا الرقم يحدد أكبر عدد من المرات يستطيع الجهاز تحديد بياناته، و طبعا من الشرح السابق نستنتج أن الجهاز يغير عدد المرات التى يأخذ فيها عينات من الموجة المراد قياسها حسب ترددها.
عدد المرات التى يأخذ فيها عينات تحدد بصورة قاطعة دقة الرسم والأهم من ذلك دقة البيانات المعروضة على الشاشة.
إذن لماذا لا يأخذ بأعلى معدل متاح؟
أولا:السرعة السابقة وهى لطراز فعلى من إنتاج شركة تكترونكس تعنى أنه يأخذ 500 ألف مليون عينة فى الثانية. لو الزمن طويل، أين سيحتفظ بالنتائج؟ بالتأكيد ستحتاج لحاسب داخلى يستطيع معالجة هذا القدر الكبير من البيانات و أسرع حاسب وقت كتابة البيانات هو 3 جيجا.
لذا المهم أن نعمل بأقصى سرعة نحتاجها وليس أقصى سرعة متاحة ثم الانتظار لإتاحة الوقت لباقة الأنظمة للعمل.
ثانيا: بأعلى سرعة يعنى أنه يأخذ عينة واحدة لكل قناة من الأربع قنوات لو تعرض كل منها تردد ذ جيجا!!! بالطبع هذا غير دقيق على الإطلاق…
إذن الحل الذى تتبناه الشركات المنتجة هو أن تجعل أقصى سرعة متاحة فقط لقناة واحدة، فإن اخترت أكثر من قناة، سيقل المعدل آليا ليتلاءم مع سرعة الانتقال بين القنوات و التحويل من ملف القراءة للقناة الأولى لملف القناة الثانية الخ
حسنا، الجهاز متخصص و مرتفع الثمن جدا! لماذا لا يرفعوا معدل الترميز؟؟
ببساطة سيتطلب ذلك زيادة سرعة باقى النظام مما سيرفع ثمن الجهاز أكثر، فإن فعلوا، فلماذا لا يرفعوا أيضا نطاق المكبر وهو الأقل كلفة و بيعة على أنه جهاز 2 جيجا أو أعلى مثلا!!!
من الخواص التى أصبحت رائعة بفضل التقنية الرقمية هى التسجيل مرة واحدة.
لو تذكر فى التماثلى كان هناك نظام القدح Trigger و كان به نظام Single Sweep و كان معه زر RESET وكان لا يعطى أى رسم إلا عند وصول نبضة ثم يتوقف لحين الضغط على RESET مرة أخرى.
هل لو حدث هذا كل بضع دقائق ستظل منتظر بجواره؟؟ بالطبع لا و استعانوا بالكاميرات و دوائر خاصة لتسجيل هذا الحدث إن كان واضحا بما يكفى، ما رأيك بالأجهزة الرقمية التى تستطيع تسجيل هذه الأحداث مع زمن حدوثها أيضا. هذه الخاصية هامة جدا فى تحديد التداخلات من خطوط التغذية أو بين الأجهزة و بعضها أو بين الدوائر داخل الجهاز الواحد.
أصبحت بعض الأجهزة تحتوى أربع مداخل مستقلة معزولة عن بعضها و عن الجهاز ذاته بمعنى أن لا يوجد ارضى مشترك بين الأربع مداخل فيمكنك توصيل أحد القنوات على التيار العمومى 220 فولت والآخر ترى تزامن الدوائر 5 فولت مع 220فولت دون أن يؤثر ذلك على أداء الدائرة تحت الاختبار أو يضع 220 فولت على الجهاز مما يعرض حياة العامل للخطر.
التقنية الحديثة زادت من السرعة و قللت من استهلاك الطاقة مما يسر استخدام البطاريات و جعل كافة الأجهزة محمولة ومنها أجهزة الجيب
المرة القادمة إن شاء الله سنتكلم عن Logic Analyzer