FNIRSI 1014D digitale geheugenoscilloscoop: Goede prestaties voor weinig geld
- van Günter Spanner
- Leestijd: 11 min
Voor activiteiten zoals knutselen aan versterkers, sensoren en microcontrollers zoals Arduino's, ESP's, Raspberry Pis of het repareren van consumentenelektronica zijn een bandbreedte van 100 MHz en twee kanalen ruim voldoende. Een frequentie- of functiegenerator voor het genereren van testsignalen of het controleren van filters is ook praktisch in veel toepassingen. Met de FNIRSI 1014D heb je beide functies in één apparaat.
Naast een soldeerstation, een multimeter en een voeding is het volgende essentiële gereedschap in een elektronicawerkplaats een oscilloscoop. Voor een hobby werkplaats is er echter geen behoefte aan een instrument met een bandbreedte van 500 MHz, een groot aantal kanalen of geavanceerde analysefuncties. Voor activiteiten zoals knutselen aan versterkers, sensoren en microcontrollers zoals Arduino's, ESP's, Raspberry Pi's of het repareren van consumentenelektronica is een bandbreedte van 100 MHz en twee kanalen voldoende. Een frequentie- of functiegenerator voor het genereren van testsignalen of het controleren van filters komt in veel toepassingen ook van pas. Met de FNIRSI 1014D, heb je beide functies in één apparaat.
De scoop wordt geleverd met twee omschakelbare probes (1× en 10×), een USB-voeding, een handleiding en een tool om de probes af te regelen. De oscilloscoop wordt gevoed door een USB-voeding die 2 A bij 5 V levert. Met afmetingen van 310 mm × 145 mm × 70 mm is hij compact en draagbaar, maar groot genoeg om comfortabel te bedienen. Met de uitklapbare voeten staat hij in een goede hoek op de werkbank.
FNIRSI 1014D Specificaties
De belangrijkste technische specificaties zijn:- 2 kanalen met een bandbreedte van 100 MHz
- 7 inch LCD met een resolutie van 800×480 pixels
- 1 GigaSample/s Bemonsteringsfrequentie
- Geheugendiepte: 240 Kbit
- Ingangsimpedantie: 1 MΩ (1×) en 10 MΩ (10×)
- Gevoeligheid: 50 mV tot 400 V
- Tijdbasis: 50 s tot 10 ns
- Triggermodus: Enkel/Normaal/Auto - Flank: Stijgend/Dalend
- AC/DC-koppeling
- Automatische instelling met één knop
- Frequentiegenerator met 14 golfvormen tot 10 MHz (sinus)
- USB uitvoer
Zoals gebruikelijk bij digitale oscilloscopen worden naast de signaalweergave ook waarden als spanning (piek, RMS, minimum, maximum, enz.), frequentie en duty cycle numeriek weergegeven. Gebruikers kunnen in een menu selecteren welke waarden te zien zijn. Met twee cursors kunnen tijdsintervallen en spanningen nauwkeurig worden gemeten. Een auto-set functie configureert de oscilloscoop automatisch om signalen zinvol weer te geven op basis van het huidige ingangssignaal. Zelfs een eenvoudige FFT-representatie van het signaal kan worden getoond.
De FNIRSI 1014D kan een maximale ingangsspanning aan van 400 volt. Trigger kan worden ingesteld op de opgaande of neergaande flank. De scoop heeft ook een automatische triggerfunctie die betrouwbaar werkt.
Voeding: USB PSU of Power Bank
Naast de standaard USB-voeding kan de scoop ook gevoed worden door een powerbank. In dit geval is de oscilloscoop volledig elektrisch geïsoleerd, waardoor metingen in schakelende voedingen e.d. mogelijk zijn zonder dat een scheidingstransformator nodig is. Dit alleen al maakt de FNIRSI 1014D de moeite waard voor deze toepassing, en bespaart de kosten van dure differentiële probes, die zelfs in een budgetversie evenveel kosten als de oscilloscoop. Bovendien wordt de scoop door het gebruik van een powerbank zeer draagbaar en kan hij op elke locatie worden gebruikt, zoals in powerracks of auto's.
Met een standaard 12 Ah (I max. > 2 A) powerbank werkt de FNIRSI 1014D ongeveer 5 uur continu. Dit is voldoende voor de meeste toepassingen.
Waarschuwing: In de handleiding van de FNIRSI 1014D staat dat "de originele voeding moet worden gebruikt." Het gebruik van een powerbank is dus op eigen risico, ook al hebben zich tijdens de tests geen problemen voorgedaan.
Prestatiecontrole
Met betrekking tot de gespecificeerde bandbreedte van 100 MHz moet een aantal zaken niet over het hoofd worden gezien. Om een signaal met een maximale frequentiecomponent van 50 MHz te meten is een oscilloscoop met een bandbreedte van 100 MHz nodig. Als een meting echt zinvol en met goed oplossend vermogen moet zijn, is de veelgebruikte richtlijn de 1:5 regel. Een oscilloscoop met een bandbreedte van 100 MHz kan een signaal met een maximale frequentiecomponent van 20 MHz effectief en nauwkeurig weergeven.Voor metingen aan Arduino's, audioversterkers, Raspberry Pi, etc. is een bandbreedte van 100 MHz ruim voldoende. Toch is de opgegeven bandbreedte van de FNIRSI 1014D van 100 MHz wat aan de hoge kant. Het apparaat voldoet nauwelijks aan het klassieke -3 dB bandbreedtecriterium, hoewel het een 100 MHz signaal op een acceptabele manier weergeeft.
Zie voor meer informatie het gedeelte "Voor professionals: Bandbreedte en bemonsteringssnelheid" hieronder.
De minimale gevoeligheid van 50 mV/div is niet spectaculair. De meeste DSO's hebben een gevoeligheid van minstens 10 mV/div. Desondanks liggen de meetwaarden binnen de gespecificeerde toleranties en zijn de analysemogelijkheden bevredigend.
Signalen opslaan en analyseren
Alle metingen kunnen worden opgeslagen als screenshot en/of golfvorm en toegankelijk worden gemaakt via een galerijweergave. Wanneer een golfvorm wordt opgeslagen, kan deze zelfs na de meting worden geanalyseerd, alsof de meetsignalen nog aanwezig zijn. Voor golfvormen en screenshots is 1 GB intern geheugen beschikbaar, dat via een computer kan worden uitgelezen. Tijdens USB-gebruik wordt de FNIRSI 1014D herkend als een verwisselbare schijf en zijn er geen stuurprogramma's of extra software nodig.
Er zijn geen geavanceerde functies beschikbaar, zoals wiskundige functies, bus decodering, etc., wat acceptabel is gezien de prijs. Er is wel een eenvoudige Fourier Transformatie beschikbaar. Omdat hiermee geen gedetailleerde meettoepassingen mogelijk zijn, is de waarde ervan beperkt tot eenvoudige analyse van harmonischen.
Voor professionals: Bandbreedte en bemonsteringssnelheid
Zoals eerder vermeld zijn de specificaties voor bandbreedte (100 MHz) en bemonsteringssnelheid (1 GS/s) een beetje 'uitgerekt'. De termen 'samplefrequentie', 'bandbreedte' en 'oversampling' zijn cruciaal in de context van oscilloscopen omdat ze de prestaties en nauwkeurigheid van deze apparaten beïnvloeden.Hier zijn wat basisprincipes: De bemonsteringssnelheid verwijst naar het aantal datapunten dat een oscilloscoop per seconde opneemt en wordt gemeten in Samples/s (1 GS/s = 1.000.000.000 Samples per seconde). Een hogere bemonsteringssnelheid maakt een nauwkeurigere reconstructie van snelle signalen mogelijk. De bemonsteringssnelheid moet voldoende hoog zijn om een golfvorm goed weer te geven. Volgens het Nyquist-Shannon bemonsteringstheorema moet de bemonsteringssnelheid minstens twee keer de hoogste frequentiecomponent van het te analyseren signaal zijn om een correcte reproductie te garanderen. Daarom is voor een signaal met een maximale frequentie van 100 MHz een bemonsteringssnelheid van minstens 200 MS/s (200 Mega Samples per seconde) nodig.
Oversampling houdt in dat de oscilloscoop werkt met een bemonsteringssnelheid die aanzienlijk hoger is dan de minimale bemonsteringssnelheid die nodig is om het signaal weer te geven. Hierdoor kunnen oscilloscopen signalen met een hogere nauwkeurigheid vastleggen, vooral als het gaat om het weergeven van snelle signaalveranderingen.
Een oscilloscoop kan het signaal registreren met een hoge samplesnelheid en vervolgens digitale signaalverwerkingstechnieken gebruiken om een nauwkeurigere weergave van het signaal te genereren. Hierdoor kunnen details en snelle signaalgebeurtenissen beter worden vastgelegd. Samengevat geeft de bemonsteringsfrequentie aan hoeveel datapunten per seconde een oscilloscoop opneemt, terwijl oversampling een techniek is waarbij de oscilloscoop met een hogere bemonsteringsfrequentie werkt om nauwkeurigere signaalinformatie te registreren en weer te geven.
Daarom is een bemonsteringssnelheid van 1 GigaSample/s (= 1000 MegaSample/s) zeer geschikt voor een bandbreedte van 100 MHz (5 × oversampling). Helaas heeft de FNIRSI 1014D een real-time bemonsteringssnelheid van slechts 200 MSamples/s, niet 1 GSample/s. Hij heeft twee 2-kanaals analoog-digitaalomzetters met 100 MHz in interleaved modus. De scoop gebruikt een ADC met gemiddelde prestaties en maakt gebruik van opeenvolgende verschoven bemonstering, waarbij een stabiel signaal nodig is om de werkelijke golfvorm te combineren.
Een real-time oscilloscoop, zoals de naam al aangeeft, digitaliseert de ingang in real-time door snel genoeg te bemonsteren om een binnenkomend signaal nauwkeurig op te vangen en weer te geven. Elke punt op het scherm is direct na de vorige punt bemonsterd. Deze instrumenten worden soms single-shot scopes genoemd omdat ze in staat zijn een signaal vast te leggen met een enkele acquisitie. Een bemonsteringsoscilloscoop daarentegen gebruikt een 'sweep' over een tijdvenster. Dit wordt gedaan door een kleine, vaste vertraging toe te voegen bij elke iteratie. Dit werkt alleen met herhalende signalen. Met deze techniek bereikt de FNIRSI 1014D een 'effectieve' bemonsteringssnelheid van 1 GS/s.
Een ander probleem is middeling. Meestal kan de middeldiepte worden aangepast. De FNIRSI 1014D gebruikt duidelijk een vaste middeling. Dit geeft meestal aan dat er iets te verbergen is. In dit geval past de FNIRSI 1014D wat wiskundige trucs toe om de beperkte bandbreedte en bemonsteringssnelheid of de lage gevoeligheid te compenseren.
De bandbreedte van een oscilloscoop is de frequentie waarbij de amplitude van het ingangssignaal van de oscilloscoop met 3 decibel (dB) wordt verzwakt ten opzichte van de laagfrequente waarde. Met andere woorden, het is de frequentie waarbij de spanningsamplitude van een sinusoïdaal ingangssignaal wordt gereduceerd tot ongeveer 71 % van de oorspronkelijke waarde. Voor oscilloscopen is de -3 dB bandbreedte een kritieke parameter omdat deze het frequentiebereik aangeeft dat de oscilloscoop nauwkeurig kan vastleggen en weergeven. Praktisch gezien wordt een signaal met een frequentie gelijk aan de -3 dB bandbreedte nog steeds weergegeven op de oscilloscoop, maar de amplitude wordt met ongeveer 30 % gereduceerd vergeleken met lagere frequenties. Voorbij het -3 dB-punt vermindert het vermogen van de oscilloscoop om hogere frequentiecomponenten van een signaal natuurgetrouw weer te geven. Dit betekent meestal dat de doorlaatband vlak is. Dit is het belangrijkste probleem van de FNIRSI 1014D. De frequentierespons is niet gelijkmatig en komt nauwelijks boven de 100 MHz uit.
De groene lijn geeft de gebruikelijke roll-off van een oscilloscoop aan. De blauwe lijn is gemeten bij de FNIRSI 1014D. Dus zelfs als aan het -3 dB criterium voor een 100 MHz signaal wordt voldaan, kan de ongelijkmatige doorlaatband leiden tot onjuiste meetresultaten bij hogere frequenties.
De functiegenerator
Een van de meest intrigerende functies van de FNIRSI 1014D is de geïntegreerde functiegenerator. Hoewel hij misschien niet zo belangrijk is als een oscilloscoop zelf, is een generator een standaardinstrument in de meeste elektronicalaboratoria. Of het nu gaat om het testen van versterkers, resonatoren of als referentieklok voor digitale schakelingen, een functiegenerator is onmisbaar.De FNIRSI 1014D generator biedt de volgende functies:
- Vaste piek-tot-piek amplitude van 2,5 V
- Frequentiebereik: 1 Hz tot 10 MHz (sinus); 1 Hz tot 2 MHz (alle andere)
- 14 functietypen: sinus, blok, driehoekig, zaagtand, stap, halve golf, hele golf, exponentieel, logaritmisch, exp-log, vierkantswortel, multi-audio, sync-puls, vrij instelbaar
- Duty cycle: 1 % tot 99 % (blokgolf)
Helaas is de amplitude van de generator vast ingesteld op 2,5 Vpp, waardoor de veelzijdigheid enigszins beperkt is. Toch blijven de meeste standaardtoepassingen mogelijk, zoals het controleren van resonantiecurves of audioversterkers. Dankzij de variabele duty cycle zijn pulsen en asymmetrische blokgolven ook beschikbaar.
De geïntegreerde frequentiegenerator kan dus een extra instrument op de werkbank overbodig maken, zolang er geen speciale functies nodig zijn.
Voor- en nadelen
Al met al geven de testresultaten de volgende indruk:Pro´s
- Gebruiksvriendelijk
- Kleine afmetingen, maar groot scherm voor het formaat
- Scherp en helder display met alle informatie (Vpp, Vavg, frequentie, enz.) duidelijk zichtbaar
- Functiegenerator met BNC-connector aan de voorkant is inbegrepen
- Basis FFT-functie is beschikbaar
- Voeding via USB (5 V, 2 A), batterijvoeding eenvoudig mogelijk
- Geen wiskundige functies (optellen, aftrekken, enz.)
- Vaste middeling
- ‘Ongebruikelijke' vorm van de doorlaatband
- 1 GigaSample/s alleen in bemonsteringsmodus
Conclusie
De FNIRSI 1014D zal waarschijnlijk niet zijn weg vinden naar veel high-end onderzoeks- en ontwikkelingslaboratoria. Maar voor wie op zoek is naar een betaalbaar instapmodel voldoet hij prima. Zijn sterke punten liggen niet in hoogfrequente metingen of extreme precisie van signaalgrootten. Maar voor de meeste taken waarbij Arduino, ESP32, of de Raspberry Pi betrokken zijn, kan het apparaat ongetwijfeld nuttige diensten bewijzen.Al met al is de FNIRSI 1014D een betaalbare, draagbare digitale oscilloscoop met twee kanalen en voldoende mogelijkheden en prestaties. Hij is zeer geschikt voor hobbywerkplaatsen, scholen, elektronicafanaten of gewone reparatietaken.
Vertaling: Willem den Hollander