Máy hiện sóng độ phân giải cao không phải là máy đắt tiền hơn, mà là máy chia trục dọc thành nhiều mức hơn. Dòng PicoScope 4000 gồm năm mã, và cả năm đều dừng ở băng thông 5–20 MHz — đây là dòng sinh ra cho những phép đo mà biên độ, chứ không phải tốc độ, là thứ khó. Bài này đi qua từng mã, chỉ ra ba nhánh kỹ thuật của dòng, và đưa ra cây quyết định để bạn dừng lại đúng chỗ.
Vì sao 8 bit không đủ cho tín hiệu nhỏ trên nền lớn
Một máy hiện sóng phổ thông dùng bộ chuyển đổi 8 bit. Trục dọc được chia thành 256 mức, và mọi thứ nhỏ hơn một mức sẽ bị làm tròn mất. Khi bạn để dải đo ở ±10 V để nhìn được cả tín hiệu lớn, mỗi mức tương ứng khoảng 78 mV. Gợn nhiễu 20 mV trên đường nguồn 12 V đơn giản là không tồn tại trên màn hình — nó nằm gọn bên trong một bước lượng tử.
Cách xử lý quen thuộc là ghép AC và tăng độ nhạy. Cách này hiệu quả với tín hiệu tuần hoàn sạch, nhưng hỏng ngay khi bạn cần thấy đồng thời cả nền lớn lẫn chi tiết nhỏ: quá độ khi đóng tải, méo hài của một tầng khuếch đại, hay một xung nhiễu ngắn cưỡi trên điện áp nền. Đó là lúc phải tăng số bit thật ở phần cứng, không phải tăng độ nhạy.
Độ phân giải, bước lượng tử và sàn nhiễu là ba thứ khác nhau
Thêm 2 bit thì số mức tăng gấp 4. Thêm 4 bit thì gấp 16. Một máy hiện sóng 12 bit chia trục dọc thành 4.096 mức — gấp 16 lần so với 8 bit; chính datasheet của Pico cũng dùng đúng con số 16 lần khi so sánh. Lên 16 bit là 65.536 mức, gấp 256 lần mốc 8 bit.
Nhưng con số bit chỉ là trần lý thuyết. Thứ quyết định bạn thực sự nhìn thấy gì là sàn nhiễu của chính máy cộng với nhiễu của mạch cần đo. Một máy 16 bit đặt trong môi trường nhiễu sẽ không cho bạn 16 bit thông tin. Vì vậy khi so sánh, hãy đọc cả ba dòng chỉ tiêu: số bit phần cứng, nhiễu RMS và SFDR — dải động không nhiễu. Đây cũng là lý do mã 4262 công bố nhiễu 8,5 µV RMS và SFDR 96 dB bên cạnh con số 16 bit.
Cần phân biệt thêm hai khái niệm dễ lẫn. Độ phân giải phần cứng là số bit thật của bộ chuyển đổi. Tăng cường độ phân giải là kỹ thuật phần mềm: lấy trung bình nhiều mẫu liên tiếp để đổi tốc độ lấy mẫu lấy thêm bit, và chỉ hoạt động khi tín hiệu đủ chậm so với tốc độ lấy mẫu. Dòng 4000A có 12 bit phần cứng và tăng cường được tới 16 bit; mã 4262 có 16 bit phần cứng và tăng cường tới 20 bit. Hai con số 16 bit đó không tương đương nhau.
Dòng PicoScope 4000 chia làm ba nhánh
Nhìn bảng mã sẽ thấy năm sản phẩm rời rạc, nhưng thực ra chúng giải ba bài toán khác nhau. Xác định mình thuộc nhánh nào trước, rồi mới chọn mã trong nhánh.
Nhánh đa kênh: 4224A, 4424A và 4824A
Ba mã này dùng chung một nền tảng: 12 bit phần cứng (tăng cường tới 16 bit), băng thông 20 MHz, tốc độ lấy mẫu 80 MS/s và bộ nhớ 256 MS. Dải đầu vào từ ±10 mV đến ±50 V, sai số DC 1%, bộ đệm dạng sóng 10.000 phân đoạn và giao tiếp USB 3.0. Điểm khác nhau duy nhất giữa chúng là số kênh.
PicoScope 4224A có 2 kênh, phù hợp khi bạn chỉ cần so sánh một tín hiệu với một mốc. PicoScope 4424A có 4 kênh — cấu hình hợp lý cho đa số bài đo có tín hiệu điều khiển, phản hồi và nguồn cùng lúc. PicoScope 4824A 8 kênh dành cho trường hợp phải quan sát nhiều điểm đồng thời mà không muốn dời que đo giữa các lần chạy: ba pha cộng dòng, nhiều cảm biến trên một cơ cấu, hoặc một bo mạch nhiều tầng nguồn.
Một chi tiết hay bị bỏ qua: theo Pico, cả ba mã 4000A đều có sẵn bộ phát tín hiệu 14 bit kích hoạt được kèm bộ phát dạng sóng tuỳ ý 80 MS/s. Nếu công việc của bạn gồm cả kích thích lẫn đo — quét đáp tuyến một bộ lọc, thử một mạch cảm biến — thì bộ phát này tiết kiệm được một thiết bị riêng trên bàn.
Nhánh dải động: 4262
Mã 4262 đi hướng ngược lại. Nó hạ băng thông xuống 5 MHz và tốc độ lấy mẫu xuống 10 MS/s để đổi lấy 16 bit phần cứng thật. Đây là một máy hiện sóng 16 bit được thiết kế quanh chất lượng tín hiệu tương tự: nhiễu 8,5 µV RMS ở dải nhạy nhất, SFDR 96 dB tiêu biểu tại 10 kHz, độ phẳng băng thông trong khoảng +0,25 dB đến −3 dB, và bộ lọc giới hạn băng thông 200 kHz bật tắt được.
Bộ nhớ của 4262 là 16 MS — nhỏ hơn nhiều so với 256 MS của nhánh 4000A, nhưng ở 10 MS/s thì 16 MS vẫn đủ cho những bản ghi dài. Máy cũng có bộ phát tín hiệu méo thấp tích hợp với bộ đệm 4 k mẫu. Nếu bạn đo méo hài của mạch âm thanh, đặc tính rung động, tín hiệu siêu âm hay cảm biến biên độ nhỏ, đây là mã đúng. Nếu tín hiệu của bạn có sườn xung nhanh, 5 MHz sẽ chặn bạn lại trước khi 16 bit kịp có ích.
Nhánh vi sai: 4444
Hai nhánh trên đều đo so với mát chung. Rất nhiều phép đo công suất không cho phép điều đó: điện áp trên một điện trở shunt phía cao áp, tín hiệu giữa hai chân của cầu H, hay điện áp trên một cuộn dây đang trôi so với đất. Nối đất que đo vào những điểm này là cách nhanh nhất để hỏng thiết bị.
Máy hiện sóng vi sai PicoScope 4444 giải bài toán đó bằng 4 đầu vào vi sai thực trở kháng cao, cổng D9, kèm khả năng khử nhiễu đồng pha. Độ phân giải linh hoạt 12 hoặc 14 bit, tăng cường tới 16 bit trên hầu hết các dải; băng thông 20 MHz, tốc độ lấy mẫu tới 400 MS/s và bộ nhớ 256 MS. Ở chế độ 12 bit, máy giữ được 400 MS/s xuống tới 50 ms/div, tương đương 500 ms bắt trọn một lần.
Cổng D9 không chỉ là đầu nối khác — nó là giao tiếp cho đầu dò thông minh: máy tự nhận diện đầu dò và đặt dải đo tương ứng. Các phụ kiện gồm đầu dò vi sai không suy giảm PicoConnect 441 cho dải tới 50 V, đầu dò suy giảm PicoConnect 442 đạt 1000 V CAT III, cùng kìm dòng TA300 (40 A, 300 V CAT III) và TA301 (200/2000 A, 150 V CAT II). Cần nhớ rằng dải đo vi sai thực tế do đầu dò quyết định, nên phải tính chi phí đầu dò vào ngân sách ngay từ đầu.
Các model trong dòng PicoScope 4000
Bảng dưới đây gom đủ năm mã đang phân phối, kèm liên kết tới từng trang sản phẩm để bạn đối chiếu thông số đầy đủ.
| Model | Kênh | Phân giải | Băng thông | Lấy mẫu | Bộ nhớ | Chọn khi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PicoScope 4224A | 2 | 12 bit (tăng cường 16 bit) | 20 MHz | 80 MS/s | 256 MS | Hai điểm đo, ưu tiên gọn nhẹ |
| PicoScope 4424A | 4 | 12 bit (tăng cường 16 bit) | 20 MHz | 80 MS/s | 256 MS | Cấu hình phổ biến cho bàn đo chung |
| PicoScope 4824A | 8 | 12 bit (tăng cường 16 bit) | 20 MHz | 80 MS/s | 256 MS | Nhiều điểm đo đồng thời |
| PicoScope 4262 | 2 | 16 bit (tăng cường 20 bit) | 5 MHz | 10 MS/s | 16 MS | Dải động và méo thấp là ưu tiên |
| PicoScope 4444 | 4 vi sai | 12/14 bit (tăng cường 16 bit) | 20 MHz | tới 400 MS/s | 256 MS | Điểm đo không chung mát |
Toàn bộ dòng dùng phần mềm PicoScope đi kèm không thu phí bản quyền, kèm bộ PicoSDK để đưa thiết bị vào hệ kiểm tra tự động. Danh mục đầy đủ các dòng khác có tại trang thiết bị đo Pico Technology.
Năm câu hỏi để dừng đúng mã
Thứ tự câu hỏi được sắp theo mức độ ràng buộc. Hai câu cuối quan trọng hơn ba câu đầu: cách ly điểm đo và dải động là hai yêu cầu mà số kênh không thể bù. Nếu phép đo của bạn không chung mát, không có số kênh nào cứu được — phải sang 4444. Nếu bạn cần nhìn tín hiệu ở mức micrô-vôn, không có số kênh nào thay được 16 bit của 4262.
Bốn tiêu chí dễ bị bỏ qua
Số kênh thực sự cần, tính cả kênh tham chiếu
Người dùng thường đếm số tín hiệu cần xem rồi chọn đúng số kênh đó. Trong thực tế bạn gần như luôn cần thêm một kênh làm mốc thời gian — xung kích, tín hiệu đồng bộ hoặc tín hiệu điều khiển — để biết các sự kiện xảy ra theo trình tự nào. Cộng thêm một kênh vào con số bạn vừa đếm trước khi quyết định.
Bộ nhớ quyết định thời gian bắt, không phải tốc độ
Bộ nhớ và tốc độ lấy mẫu đi cùng nhau: thời gian bắt tối đa bằng bộ nhớ chia cho tốc độ lấy mẫu. Với 256 MS ở 80 MS/s, nhánh 4000A giữ được tốc độ tối đa trong khoảng 3,2 giây liên tục. Đây là điểm mạnh thực tế khi bạn cần bắt trọn một chu trình khởi động rồi phóng to vào một sự kiện ngắn bên trong, thay vì phải đoán trước thời điểm để đặt trigger.
Bộ phát tín hiệu tích hợp
Cả nhánh 4000A lẫn 4262 đều có bộ phát tích hợp, nhưng với mục đích khác nhau: 4000A thiên về kích thích tổng quát với bộ phát dạng sóng tuỳ ý 80 MS/s, còn 4262 thiên về nguồn méo thấp phục vụ phép đo chất lượng tín hiệu. Nếu bạn định dùng máy để quét đáp tuyến, hãy kiểm tra xem bộ phát của mã mình chọn có đủ sạch cho phép đo đó không.
Đầu dò là một phần của phép đo
Với 4444, đầu dò quyết định dải đo và cấp an toàn, nên không thể chọn máy trước rồi tính đầu dò sau. Với các mã còn lại, băng thông hệ thống là băng thông của cả máy lẫn đầu dò cộng lại, và tải dung kháng của đầu dò có thể làm méo chính tín hiệu bạn đang cố đo.
Khi nào dòng 4000 không còn là lựa chọn đúng
Giới hạn rõ nhất của cả dòng là băng thông 20 MHz. Độ phân giải không bù được băng thông: nếu tín hiệu có sườn xung nhanh, hoặc bạn cần giải mã bus tốc độ cao, thêm bit cũng không làm sườn xung hiện ra. Khi đó phải nhìn sang dòng có băng thông lớn hơn — chẳng hạn các mã trong bài chọn máy hiện sóng 16 bit dòng PicoScope 5000, nơi độ phân giải linh hoạt đi kèm băng thông cao hơn đáng kể.
Ở đầu kia của thang đo, nguyên lý đánh đổi giữa số bit và tốc độ cũng xuất hiện trên các máy hiện sóng phòng thí nghiệm băng thông rất cao — có thể thấy cách nhà sản xuất khác xử lý bài toán này trong bài về máy hiện sóng Keysight XR8 với ADC 12 bit. Điểm chung: số bit luôn phải đọc kèm băng thông và tốc độ lấy mẫu, không bao giờ đọc một mình.
Hiệu chuẩn và vận hành
Một máy hiện sóng độ phân giải cao chỉ giữ được lợi thế nếu sai số biên độ còn nằm trong công bố. Sai số DC của nhánh 4000A là 1% toàn thang, của 4444 là ±1% toàn thang trong dải DC–10 kHz, còn 4262 chặt hơn ở mức ±0,25% toàn thang. Những con số này là điều kiện xuất xưởng và sẽ trôi theo thời gian cùng điều kiện sử dụng.
Với phép đo dùng làm bằng chứng kỹ thuật hoặc phục vụ hồ sơ chất lượng, nên đưa thiết bị vào chu kỳ hiệu chuẩn định kỳ và lưu giấy chứng nhận kèm dữ liệu đo. Techmaster cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn thiết bị đo theo ISO/IEC 17025 cho nhóm thiết bị này.
Về vận hành, cả dòng đều cấp nguồn từ cổng USB và không có quạt, nên có thể mang theo trong túi laptop và dùng ngay tại hiện trường. Đổi lại, chất lượng phép đo phụ thuộc vào môi trường nhiễu quanh máy tính chủ — khi đo tín hiệu cỡ micrô-vôn, hãy chú ý cách đi dây mát và vị trí đặt máy.
Câu hỏi thường gặp
Tăng cường độ phân giải bằng phần mềm có thay được số bit phần cứng không?
Không hoàn toàn. Tăng cường độ phân giải lấy trung bình nhiều mẫu để đổi tốc độ lấy mẫu lấy thêm bit, nên chỉ có tác dụng khi tín hiệu đủ chậm so với tốc độ lấy mẫu và nhiễu có tính ngẫu nhiên. Với tín hiệu nhanh hoặc nhiễu tương quan, 16 bit phần cứng của 4262 vẫn khác 12 bit tăng cường lên 16 bit của nhánh 4000A.
PicoScope 4444 có đo được tín hiệu chung mát bình thường không?
Có. Đầu vào vi sai đo được cả tín hiệu chung mát, chỉ cần nối một đầu về mát. Chiều ngược lại mới không đúng: máy chung mát không thể thay thế đầu vào vi sai thực khi điểm đo đang trôi.
Vì sao 4262 chỉ có 5 MHz trong khi các mã khác đạt 20 MHz?
Vì đó là đánh đổi có chủ đích. Để đạt 16 bit thật cùng nhiễu 8,5 µV RMS và SFDR 96 dB, thiết kế phải hy sinh băng thông và tốc độ lấy mẫu. Ngoài ra băng thông của 4262 còn giảm trên các dải nhạy nhất: 4 MHz ở dải ±20 mV và 3 MHz ở dải ±10 mV.
Tôi cần 6 kênh thì chọn thế nào?
Chọn PicoScope 4824A 8 kênh. Trong dòng này không có mã 6 kênh, và ghép hai máy 4 kênh sẽ phát sinh vấn đề đồng bộ thời gian giữa hai thiết bị — thường tốn công hơn là dùng một máy 8 kênh.
Dòng 4000 có giải mã được bus nối tiếp không?
Có. Phần mềm PicoScope đi kèm giải mã sẵn nhiều giao thức nối tiếp mà không thu thêm phí. Giới hạn nằm ở băng thông 20 MHz: các bus tốc độ thấp và trung bình xử lý được, còn bus tốc độ cao thì cần dòng máy khác.
