Пик-детектор детектирует подтасовки...

22.09.2006

Название рецензируемой статьи: «Пиковый детектор 2 и прочие небылицы…»
Автор рецензируемой статьи: Дедюхин Александр Анатольевич,  ЗАО "ПриСТ" (далее – Автор).

Название рецензии: Пик-детектор детектирует подтасовки…
Автор рецензии: Шумский Игорь Александрович, к.т.н,  ЗАО "ЭЛИКС".

Статья имеет три части, первая (основная) посвящена работе пик-детектора в осциллографе Tektronix TDS5104B в сравнении с осциллографом LeCroy WR6100A, вторая посвящена работе осциллографа WS454 в стробоскопическом режиме и третья – различиям в системе синхронизации осциллографов LeCroy WS454 и Tektronix TDS3054B

Данную статью Автор¹ начал с того, что сообщил читателям свое новое «открытие»: оказывается «в своем большинстве, «преимущества» осциллографов Tektronix основываются или на неумении и нежелании понять как вообще работать с ЦЗО или на игнорировании физических принципов построения ЦЗО».² Надо считать себя очень большим специалистом в этой области, чтобы делать столь смелые заявления в адрес, не менее компетентных, чем Автор инженеров компании Tektronix,. Видимо Автор просто не дает себе труда использовать корректные фразы. Ведь преимущества одной марки над другой – вещь объективная, ибо за них пользователь голосует долларом, евро или рублем, обеспечивая ту или иную долю рынка в мире. Для справки – в настоящее время TEKTRONIX принадлежит 50% мирового рынка осциллографов.
Относительно «несложного анализа», который призван по мысли Автора доказать «непонимание инженерами Tektronix принципов цифровой осциллографии» и который далее следует в статье – мы скажем одно: он слишком несложный! Мы покажем, что это вовсе не анализ, а подтасовка, т.е. когда хотят выдать желаемое за действительное – берут и изменяют условия проведения эксперимента, выбирают не ту частоту, не ту память, загоняют прибор в режим, в котором он не должен использоваться для решения данной задачи, а потом сравнивают картинку с «эталоном от LeCroy”, который настроен как раз правильно…
Давайте же разберемся, подробно в представленных материалах по разделам:

Пиковый детектор 2. (ролик «How to Find the Needle in a Haystack» или «Как найти иголку в стоге сена»)
Цель Автора в данной части своей статьи – показать, что пик-детектор, реализованный как дополнительный режим сбора данных в большинстве моделей осциллографов TEKTRONIX, вносит некие искажения в наблюдаемый сигнал.
Перед тем, как обсуждать материал представленный Автором, напомним, что такое режим пик-детектора в осциллографе Tektronix TDS5104B:
Вот выдержка из описания принципа работы пик-детектора, взятая из оригинального мануала:

Т.о. в режиме пик-детектора выборки берутся с максимальной частотой дискретизации, доступной на приборе, а попадают в буферную память далеко не все (потребовалась бы нереально огромная память), а после прореживания. Прореживание осуществляется следующим образом: в нечетную выборку попадают выборки с максимальным значением, наблюдавшимся за весь текущий интервал дискретизации сигнала, а в следующую (нечетную) – выборка с минимальным значением за следующий период дискретизации. (Как понятно из этого объяснения, эффективная частота дискретизация в этом случае все же делится пополам между четными и нечетными выборками – но это неизбежное ограничение метода).
Т.о. пик- детектор – это вовсе не способ выводить на экран больше точек, чем на нем пикселей, а способ использовать максимальную частоту дискретизации прибора на длинных развертках! В том числе он помогает более эффективно использовать имеющуюся в приборе память (сколь много бы ее не было установлено!).
Теперь рассмотрим, как Автор критикует этот режим в первой части своей статьи:
Автор как бы пытается повторить эксперимент специалистов Tektronix из критикуемого им ролика (http://www.tek.com/products/oscilloscopes/industry_comp.html?wt=257&link=/products/oscilloscopes/industry_comp.html), однако зачем-то меняет условия эксперимента:
Сначала, Автор поменял тестовый сигнал. Как вы думаете, зачем Автор заменил импульс наносекундной длительности микросекундной? Т.е. изменил один из важнейших параметров сравнительного эксперимента на 3 порядка? Ответ- это первый этап подтасовки, подмена назначения эксперимента – вместо детектирования наличия наносекундных выбросов на медленных сигналах, наблюдаемых на длинных развертках, Автор нас подводит к совершенно другой цели – измерение длительности одиночного импульса…
Далее Автор начинает мудрить с настройками осциллографа TDS5104B - выбирает режим самописца и ограничивает память прибора размером 50К. «увеличим длину внутренней памяти Tektronix до…. И тут начинаются странности – при длине памяти до 50К осциллограф еще работает в режиме самописца, а выше – упорно не хочет. Ну что ж остановимся на 50К, осуществим однократный запуск развертки»…»
А зачем, собственно режим самописца? Разве где–то сказано, что пик-детектор работает только в режиме самописца? Внимание мы нашли вторую подтасовку! Автору надо было как-то ограничить память осциллографа по сравнению с LeCroy. Этот способ скрыть правду он посчитал вполне незаметным. Правильный ответ – да, действительно режим самописца в этом случае переходит в режим обычного сбора данных, которые появляются на экране после окончания заполнения буфера. Т.к. автор все-равно ведь не стал наблюдать данные в «реальном времени», а взял и нажал кнопку «однократный запуск». Так что если бы он хотел увеличить память более 50 К – ничто ему бы не помешало бы! Тем более, что в штатной комплектации TDS5104B имеет 8 МБ памяти! Но это не входил в его планы …

Получив картинку представленную на рис., Автор начинает притворные попытки измерить параметры метки пик-детектора (амплитуду и длительность), и тут вдруг с «удивлением» обнаруживает, что длительность 7,3 мкс. импульса осциллограф с выставленной частотой дискретизации 5 KS/s (временной интервал между точками сбора данных 200 мкс) измеряет неправильно. Отметим, что все же, что наличие импульса, который в 27 раз короче интервала дискретизации осциллограф TEKTRONIX все же зарегистрировал, т.е. выполнил то, зачем данный режим используется (детектирование)!
Сделав ряд выводов, которые мы рассмотрим позже, автор включает, наконец, «правильный» прибор LeCroy WR6100A.
Читатель видимо надеется, что Автор каким–то чудом покажет, как WR6100A правильно покажет длину импульса в аналогичном режиме (память 50 КБ, дискретизация 5 КS/s) или, хотя-бы, повторит то, что показал TDS5104B (определит наличие импульса и определит его амплитуду)? Нет, Автор сразу «убил» Tektronix красивой картинкой, правда, наверное, из скромности, не стал описывать режимы, выставленные на WR61000A, только указав, что горизонтальная развертка - 1 с/дел. Читатель, видимо должен сделать вывод, что LeCroy изначально лучше TEKTRONIX во всех режимах? Мы все же обратим внимание, что в том числе Автор не указал, какую длину записи он установил… Это не спроста! Он не сказал, но мы то видим, что установлено 24 МБ памяти!!!. Напомню, у TDS5104B под предлогом невыхода из режима самописца Автор установил 50 КБ (т.е. на 3 порядке меньше). Вот и 3-я подтасовка! Читателю предлагают сравнивать осциллограммы, полученные на приборе с установленной опцией WR6-VL которая увеличивает стоимость прибора на 70%! (ее цена превышает 12600 долларов США!) с осциллографом TDS5104B, загнанным в режим почти минимальной памяти.

Какой вывод из своих измерений сделал Автор?
«пиковый детектор – это лишь малый инструмент показать, что в сигнале есть какой-то выброс, но что это за выброс - на это вопрос он не в состоянии ответить...»
Конечно, пик-детектор – не универсальный инструмент, но он есть (как и длинная память) в TDS5104B, а в осциллографе WR6100A такого режима нет (только длинная память). Поэтому мы сделали другие выводы:
Автор ничего не доказал. Его попытка показать, что при измерении временных интервалов 24 МБ лучше, чем 50 КБ вызывает только усмешку, в том числе и у неискушенного пользователя. Ведь даже неискушенный пользователь понимает, зачем нужен режим пик-детектора – вовсе не для измерений длительностей, а для обнаружения (детектирования) событий настолько коротких, что они «проваливаются» между точками дискретизации даже на такой большой памяти, которая есть у WR6100A c опцией WR6-VL.
Действительно, давайте опять посмотрим на частоту дискретизации WR6100A – мы увидим, что несмотря на вложенные дополнительно $12600 она всего 2,5 МГц. Это означает, что все события короче 400 нс с большой вероятностью будут пропущены! А вот на «плохом» TDS5104B пользователь с включенным пик-детектором их увидит! Теперь наша очередь нажимать кнопки!
Давайте возьмем осциллограф TDS5054B (у нас он был просто под рукой, он отличается от использованного Автором TDS5104B только полосой входного усилителя 500 МГц против 1 ГГц) и воспользуемся таким же сигналом, который использовал Автор, только к импульсу 7,3 мкм добавим импульсный глитч длительностью 4 нс и амплитудой равной основному сигналу. Делаем такой сигнал с помощью генератора Tektronix AFG3252 в 2-канальном режиме (по каналу #1 формируем импульс длительностью 7,3 мкс и амплитудой 100 мВ, по каналу #2 – импульс длительностью 4 нс амплитудой 100 мВ, затем их смешиваем прямо в генераторе). Итоговый сигнал имеет размах 200 мВ (пик-пик) за счет глитча см. Рис. и длительность 7,3 мкс, который и подаем и подаем на вход осциллографа.

Теперь, вопреки воле Автора, все же увеличим память до 8 МБ (кстати, платить дополнительно $12600 не надо) и установим ту же развертку, что и Автор – 1 с/дел.
Из рис. Видно, что, оказывается, мы все-таки сможем измерить длительность основного импульса в режиме пик-детектора с ошибкой 5%, (измеренное значение 7,68 мкс при реальном 7,3 мкс а вовсе не 400 мкс как у Автора), не потеряв информации о реальном размахе сигнала с глитчем (100+100 =200 мВ).
Как видите, надо было только захотеть!

Таким образом, прокол не у TEKTRONIX - прокололся Автор.

Другой вывод Автора : «И к тому же выделяя якобы «пики» сигнала, пиковый детектор искажает остальные участки сигнала паразитным шумом и в следствии этого не может никак достоверно отобразить истинную форму сигнала» вовсе показывает его некомпетентность в обсуждаемом вопросе.
Пик-детектор в осциллографе TDS5104B не порождает никаких паразитных шумов. Он лишь честно отражает существующие внешние (в сигнале) и внутренние (в осциллографе) шумы. Мы уже убедились в том, что если какой-то осциллограф (к примеру, WR6100A) каких-то пичков в сигнале не видит, это еще не означает, что их нет! Они просто могут быть короче, чем интервал дискретизации в данном режиме. Именно режим пик-детектора отлично подходит для обнаружения высокочастотного паразитного (или наведенного) шума в сигнале и оценки его амплитуды.
Наш совет Автору – попробуйте включить бесконечную персистенцию на своем «малошумящем» приборе WR6100A Вы через 10 минут увидите амплитуду шума примерно такую же, как и на «шумовой дорожке» TDS5104B, вот только, не имея пик – детектора, потратите Вы на это 10 мин времени, а TDS5104B дает информацию сразу. Двойная дорожка образуется вследствие особенностей отбора и отображения выборок в этом режиме и фактически отображает огибающую шумов и выбросов в сигнале.

Есть еще одно соображение в пользу использования режима «пик-детектора». Практика работы с осциллографом показывает, что длинная память в приборе обычно пользователем включается только, когда она необходима для конкретной задачи, а большей частью устанавливают значительно более короткую память 1К-50К. Это объясняется тем, что обработка и вывод на экран буфера данных длиной 8 (или 24) МБ, как правило, занимает значительное время, существенно снижая скорость обновления экрана приборов до некомфортных нескольких раз в секунду. Включив режим пик-детектора, пользователь даже при работе с небольшой памятью (и значит с высокой скоростью обновления экрана) уверенно обнаружит короткие артефакты и ВЧ-шум в наблюдаемом сигнале, и поймет, что для их подробного изучения и измерения длительности надо включить длинную память или перенастроить систему синхронизации.

Перейдем к другой части статьи, посвященной проведенной специалистами TEKTRONIX анализу работы осциллографа LeCroy в режиме эквивалентной дискретизации (стробоскопа).
(листовка « Not All Sampling Are Created Equal»или «Не все виды дискретизации создают одинаковые формы сигнала»)"
Автор начал с прямой дезинформации: «…использование эквивалентной дискретизации дает более точное воспроизведение формы сигнала и результат измерения времени нарастания. Для каких-нибудь других исследований применима развертки только в реальном времени. Эквивалентная дискретизация применима только для периодических сигналов…»
Странно, что Автор не в курсе, для чего используется эквивалентная дискретизация в современной осциллографии. Надо ли ему напоминать – что такое «глазковые диаграммы» - основной инструмент сэмплирующих (стробоскопических) осциллографов. (у LeCroy такие тоже есть, как интересно Автор, как директор компании - дистрибьютора LeCroy в России их продает – неужели только для измерения периодического сигнала?). Поясним, для тех, кто не знает: последовательные телекоммуникационные сигналы не являются в строгом смысле периодическими. Просто фронты на них привязаны (кратны) к внутренней тактовой частоте, которой в самом сигнале напрямую нет (ее можно выделить из сигнала специальным софтом или аппаратно – т.н. Clock recovery). Потому в строгом смысле слова неповторяющийся сигнал образует на экране устойчивую картинку, запуская развертку по каждому обнаруженному схемой синхронизацией фронту. В результате, выборки, полученные в результате синхронизации по любому из этих фронтов, формируют наложенную диаграмму всех фронтов, т.н. «глазок»³. Именно такой сигнал (соответствующий стандарту OC1 NRZ – 50Mb/s) подали на входы осциллографов Tektronix TDS3054B и Lecroy WS454. У TDS3054B все оказалось в порядке:

Рисунок 1 . "Глазковая” диаграмма на TDS3054B (Tektronix)

А у прибора LeCroy WS454 инженеры TEKTRONIX обнаружили проблемы с отображением тестового сигнала при переключении в режим эквивалентной дискретизации (режим стробоскопа):

Рисунок 2. Глазковая диаграмма на WS454 (LeCroy), режим RIS, итерполяция sin(x)/x

Тестирование в разных режимах (линейная и sin(x)/x интерполяция, синхронные и несинхронные сигналы,) показало, что причина такого отображения сигнала и неправильных измерений параметров кроется именно в алгоритме работы стробоскопа WS454, который, действительно, удовлетворительно показывает только строго повторяющиеся сигналы. Можно ли в этом случае вообще использовать при измерениях на WS454 режим стробоскопа? Может ли пользователь доверять результатам измерений в этом режиме? Именно эти вопросы возникают у читателя при прочтении листовки, опубликованной на сайте Tektronix. Как ответил на опубликованный материал Автор? (Опустим стеб, необоснованный выпад в сторону компании TEKTRONIX ).
Вывод, который сделал автор, - следующий: «LeCroy WS-454 не предназначен для отображения непериодических сигналов в режиме эквивалентной дискретизации», а мы продолжим за Автора: даже в режиме «глазковых» диаграмм, т.е. на нем нельзя работать с телекоммуникационными сигналами – видимо это он имел ввиду. Вот и весь его «несложный анализ»! Странный способ «защиты»!
С другой стороны интерпретировать такие, как на Рис. 2, осциллограммы действительно невозможно, видимо, поэтому Автор некорректные шуточки…..
Т.о., так и не дав никаких объяснений и обещанного простого анализа, автор переходит к третьей части своей работы:

(ролик «Easily Synchronize Your Trigger With Events of Interest»или «Легкая синхронизация развертки по Вашему желанию»)"Удержание на время
(ролик «Easily Synchronize Your Trigger With Events of Interest»
или «Легкая синхронизация развертки по Вашему желанию»)
Аргументов по первому из этих роликов у Автора опять нет. Он лишь считает точность установления времени запрета запуска несущественным параметром (намекая, что WS454 якобы превосходит TDS3054B во всем остальном). Мы так не считаем, поскольку инженеры TEKTRONIX показали наглядно ситуацию, когда недостаточные настройки этого параметра мешают получить устойчивую синхронизацию сигнала.
Второй ролик, посвящен режиму синхронизации осциллографа TDS3054B по двум событиям “A” и “B” в сравнении с осциллографом WS454, который такого режима не имеет. Что сказал нам автор по этому поводу? Просто посоветовал разбираться читателю самостоятельно. Читайте манулы! Неплохой совет. Воспользуемся им!
Автор написал: воспользуйтесь в LeCroy WR454 отложенной синхронизацией и растяжкой сигнала – « и результат превзойдет все ваши ожидания и не только для регистрации 2-го импульса, а 3-го, 4-го, 1000-го, чего Tektronix TDS-3054B уже не может сделать».
А вот выдержка из мануала по TDS3000B:
«Синхронизация «B» Запуск через указанное время От 13,2 нс до 50 с, Запуск после «B» событий
Диапазон: От 1 до 9 999 999 событий». Т.о. засинхронизироваться TDS3054B может не только по 1000-му импульсу, но и по 1 000 000 –му!. Автор попался на незнании предмета! Он незнаком со спецификацией на прибор, о котором пишет.
Может Автор знает, как получить устойчивую синхронизацию в примере, предложенном инженерами TEKTRONIX? Нет, он ограничился общей фразой. Читайте мануал!

Общие Выводы по рецензируемой статье:
Попытка Автора опровергнуть материалы инженеров TEKTRONIX полностью провалилась. Методы, которыми он это пытался делать – подтасовка и прямая дезинформация - достойны осуждения, как и выбранная некорректная форма изложения материала.

При этом, мы совсем не пытаемся сказать, что фирма LeCroy делает плохие осциллографы. Просто корректность – основа объективного сравнения! С другой стороны инженеры LeCroy наверняка имеют интересные технические решения, о которых можно было бы написать на страницах сайта официального дистрибьютора. Но тот способ, которым Автор пытается защитить «свои» осциллографы, которые он поставляет в Россию, вредит не только его собственной репутации, но и отбрасывает тень на всю всех дилеров LeCroy в России, и мы теперь задаем вопрос: а можно ли верить им и их рекламе?