معرفی اسیلوسکوپ Keysight XR3؛ ثبت هم‌زمان بیش از ۱۰۰ کانال در سیستم‌های تست پیشرفته

در طراحی و عیب‌یابی سیستم‌های الکترونیکی پیچیده، گاهی اندازه‌گیری یک یا دو سیگنال به‌تنهایی کافی نیست. برای بررسی عملکرد یک برد الکترونیکی، منبع تغذیه چندخروجی، سامانه کنترل صنعتی یا تجهیزات هوافضا، ممکن است لازم باشد ده‌ها سیگنال به‌صورت هم‌زمان ثبت و با یکدیگر مقایسه شوند. برای مثال، هنگام بررسی یک مبدل قدرت چندمرحله‌ای، مهندس باید بتواند ولتاژ و جریان چند نقطه مختلف را هم‌زمان اندازه‌گیری کند و ارتباط زمانی میان رویدادها را بسنجد. اگر اندازه‌گیری‌ها با چند اسیلوسکوپ مستقل انجام شوند، اختلاف زمانی میان دستگاه‌ها و پیچیدگی سیم‌کشی می‌تواند تحلیل نتایج را دشوار کند.

شرکت Keysight Technologies در تاریخ ۳ نوامبر ۲۰۲۶ از اسیلوسکوپ جدید خود با نام InfiniiVision XR3 رونمایی کرد. این دستگاه با هدف استفاده در سیستم‌های تست خودکار و پرتراکم طراحی شده است.

نکته جالب درباره XR3، ترکیب چهار کانال آنالوگ و ۱۶ کانال دیجیتال در فضایی معادل یک یونیت رک (1U) است. علاوه بر این، می‌توان چند دستگاه XR3 را با یکدیگر هم‌زمان کرد و یک سیستم اندازه‌گیری با بیش از ۱۰۰ کانال زمان‌هم‌بسته ساخت. در ادامه، ویژگی‌های فنی این اسیلوسکوپ و کاربردهای آن را بررسی می‌کنیم.

چرا به اسیلوسکوپ‌های چندکاناله و هم‌زمان نیاز داریم؟

اسیلوسکوپ یکی از ابزارهای اصلی مهندسان الکترونیک برای مشاهده و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی در حوزه زمان است. با استفاده از آن می‌توان پارامترهایی مانند دامنه، فرکانس، زمان صعود، زمان نزول، نویز، ریپل و رفتار گذرای سیگنال را بررسی کرد. در بسیاری از پروژه‌های ساده، یک اسیلوسکوپ چهارکاناله نیاز مهندس را برطرف می‌کند. اما در سیستم‌های پیچیده‌تر، تعداد سیگنال‌های مهم بسیار بیشتر است.

برای نمونه، در یک سامانه کنترل موتور ممکن است لازم باشد موارد زیر به‌صورت هم‌زمان بررسی شوند:

• سیگنال‌های PWM خروجی کنترلر
• ولتاژ باس DC
• جریان فازهای موتور
• سیگنال‌های انکودر
• سیگنال‌های ارتباطی میان کنترلر و درایور
• سیگنال‌های خطا و حفاظت

اگر بخواهیم این سیگنال‌ها را با چند اسیلوسکوپ مستقل اندازه‌گیری کنیم، باید مطمئن شویم که زمان شروع ثبت داده‌ها و مبنای زمانی دستگاه‌ها با یکدیگر هماهنگ است. این موضوع در تست سیستم‌های هوافضا، تجهیزات دفاعی، سامانه‌های قدرت و خطوط تولید خودکار اهمیت بیشتری پیدا می‌کند؛ زیرا ممکن است یک رویداد بسیار کوتاه در چند بخش مختلف سیستم اتفاق بیفتد و ارتباط زمانی آن‌ها برای تشخیص علت خطا ضروری باشد. XR3 دقیقاً برای چنین سناریوهایی طراحی شده است.

مشخصات فنی اسیلوسکوپ XR3

بر اساس اطلاعات منتشرشده توسط Keysight، مدل رک‌مونت XR3L4A دارای مشخصات زیر است:

مشخصه	مقدار
نوع دستگاه	اسیلوسکوپ دیجیتال Mixed-Signal
مدل	XR3L4A
تعداد کانال آنالوگ	۴
تعداد کانال دیجیتال	۱۶
وضوح مبدل ADC	۱۴ بیت
پهنای باند	۲۰۰ مگاهرتز تا ۱ گیگاهرتز
حداکثر نرخ نمونه‌برداری	۳٫۲ گیگاسمپل بر ثانیه
حافظه ثبت داده	۱۰۰ میلیون نقطه برای هر کانال
نرخ به‌روزرسانی شکل موج	۱٫۳ میلیون شکل موج در ثانیه
کف نویز اعلام‌شده	۵۰ میکروولت RMS
قابلیت هم‌زمان‌سازی چند دستگاه	دارد
ابعاد نصب	یک یونیت رک (1U)

این مشخصات نشان می‌دهند که XR3 صرفاً یک اسیلوسکوپ کوچک‌شده نیست؛ بلکه برای تبدیل شدن به بخشی از یک سامانه تست چندکاناله و قابل توسعه طراحی شده است.

مبدل ADC چهارده‌بیتی؛ مشاهده جزئیات بیشتر در سیگنال

یکی از ویژگی‌های مهم XR3 استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) با وضوح ۱۴ بیت است. برای درک اهمیت این موضوع، ابتدا باید بدانیم ADC چه کاری انجام می‌دهد. سیگنال الکتریکی در دنیای واقعی پیوسته است؛ اما پردازشگر داخلی اسیلوسکوپ باید بتواند آن را به مجموعه‌ای از مقادیر دیجیتال تبدیل کند. ADC این وظیفه را بر عهده دارد. تعداد بیت‌های ADC مشخص می‌کند که دامنه ورودی به چند سطح دیجیتال قابل تقسیم است.

برای مثال:

• ADC هشت‌بیتی دارای (2^8=256) سطح کوانتیزه‌سازی است.
• ADC دوازده‌بیتی دارای (2^{12}=4096) سطح است.
• ADC چهارده‌بیتی دارای (2^{14}=16384) سطح است.

بنابراین، ADC چهارده‌بیتی در مقایسه با ADC دوازده‌بیتی، برای یک بازه ورودی یکسان، چهار برابر سطح کوانتیزه‌سازی بیشتری فراهم می‌کند. این موضوع می‌تواند به نمایش جزئیات بیشتر سیگنال‌های کوچک کمک کند؛ به‌خصوص زمانی که بخواهیم ریپل‌های کم‌دامنه، تغییرات ظریف ولتاژ یا نویزهای کوچک را بررسی کنیم. البته یک نکته مهم وجود دارد: ۱۴ بیت بودن ADC به معنای دقت مطلق ۱۴ بیتی دستگاه نیست.

دقت واقعی اندازه‌گیری به عوامل دیگری مانند نویز مدار ورودی، خطی بودن ADC، کیفیت مرجع ولتاژ، پهنای باند و تعداد بیت مؤثر (ENOB) نیز وابسته است. Keysight برای XR3 کف نویز ۵۰ میکروولت RMS را اعلام کرده است. این مشخصه در کنار وضوح ۱۴ بیتی، برای اندازه‌گیری سیگنال‌های کم‌دامنه اهمیت دارد.

نرخ به‌روزرسانی ۱٫۳ میلیون شکل موج در ثانیه چه معنایی دارد؟

یکی دیگر از مشخصات قابل توجه XR3، نرخ به‌روزرسانی ۱٫۳ میلیون شکل موج در ثانیه است. برای جلوگیری از یک اشتباه رایج، باید دو مفهوم را از یکدیگر جدا کنیم:

1. نرخ نمونه‌برداری (Sample Rate) نرخ نمونه‌برداری نشان می‌دهد اسیلوسکوپ در هر ثانیه چند نمونه از سیگنال ورودی دریافت می‌کند. واحد آن معمولاً Sample/s یا Sa/s است. XR3 حداکثر نرخ نمونه‌برداری ۳٫۲ گیگاسمپل بر ثانیه دارد.
2. نرخ به‌روزرسانی شکل موج (Waveform Update Rate) این پارامتر نشان می‌دهد دستگاه در هر ثانیه چند بار یک شکل موج ثبت‌شده را به‌روزرسانی و برای نمایش یا پردازش آماده می‌کند. XR3 می‌تواند تا ۱٫۳ میلیون شکل موج در ثانیه را به‌روزرسانی کند. تفاوت این دو مفهوم مهم است؛ زیرا نرخ نمونه‌برداری بالا به‌تنهایی تضمین نمی‌کند که دستگاه بتواند خطاهای نادر را به‌سرعت پیدا کند. در بسیاری از سیستم‌های دیجیتال، خطاهایی مانند Glitch ممکن است فقط برای مدت بسیار کوتاهی ظاهر شوند. اگر نرخ به‌روزرسانی پایین باشد، احتمال دارد برخی از این رخدادها در فاصله میان ثبت شکل موج‌ها از دست بروند. نرخ به‌روزرسانی بالا به افزایش احتمال مشاهده چنین رویدادهایی کمک می‌کند.

حافظه ۱۰۰ میلیون نقطه‌ای و قابلیت Segmented Memory

XR3 برای هر کانال، حافظه‌ای با ظرفیت ۱۰۰ میلیون نقطه اندازه‌گیری (100 Mpts) در اختیار دارد. این حافظه به اسیلوسکوپ اجازه می‌دهد بازه‌های طولانی‌تری از سیگنال را با جزئیات مناسب ثبت کند. اما یک قابلیت جالب دیگر نیز در این دستگاه وجود دارد: Segmented Memory

در بسیاری از سیستم‌ها، سیگنال مورد بررسی به‌صورت پیوسته فعال نیست. ممکن است یک پالس کوتاه اتفاق بیفتد، سپس چند میلی‌ثانیه یا حتی چند ثانیه هیچ رویداد مهمی رخ ندهد و بعد پالس دیگری ظاهر شود. اگر اسیلوسکوپ تمام مدت حافظه را به ثبت داده‌های پیوسته اختصاص دهد، بخش زیادی از حافظه صرف ثبت قسمت‌هایی می‌شود که اطلاعات مهمی ندارند. Segmented Memory این مشکل را کاهش می‌دهد.

در این روش، حافظه به بخش‌های جداگانه تقسیم می‌شود و هر رخداد مهم در یک بخش مستقل ذخیره می‌شود. بنابراین به‌جای ثبت یک سیگنال طولانی با بخش‌های خالی، می‌توان مجموعه‌ای از رخدادهای کوتاه را ذخیره و بعداً بررسی کرد. طبق مستندات Keysight، XR3 می‌تواند با استفاده از کل حافظه ۱۰۰ میلیون نقطه‌ای، تا ۲۵۶ هزار بخش مستقل را ثبت کند.

این قابلیت برای بررسی موارد زیر مفید است:

• پالس‌های کوتاه و تکرارشونده
• خطاهای گذرای مدار
• رخدادهای نادر در سیستم‌های دیجیتال
• رفتارهای غیرعادی در منابع تغذیه
• تغییر وضعیت‌های لحظه‌ای در مدارهای کنترلی

مهم‌ترین ویژگی XR3؛ هم‌زمان‌سازی بیش از ۱۰۰ کانال

یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های XR3، امکان هم‌زمان‌سازی چند دستگاه با یکدیگر است. در یک سیستم اندازه‌گیری چنددستگاهی، صرفاً شروع ثبت داده‌ها در یک زمان تقریبی کافی نیست. برای تحلیل دقیق باید مبنای زمانی دستگاه‌ها هماهنگ باشد تا بتوان رویدادهای ثبت‌شده را در یک محور زمان مشترک مقایسه کرد. XR3 برای این کار از ورودی و خروجی مرجع ۱۰ مگاهرتز استفاده می‌کند. با اتصال دستگاه‌ها به یک مرجع زمانی مشترک، ساعت داخلی آن‌ها هماهنگ می‌شود. همچنین سیگنال‌های Trigger نیز می‌توانند برای ثبت هم‌زمان رویدادها هماهنگ شوند.

Keysight قابلیت‌های زیر را برای ساده‌تر کردن این فرایند معرفی کرده است:

• Auto-Sync: هم‌زمان‌سازی خودکار دستگاه‌ها برای ایجاد یک سیستم اندازه‌گیری مشترک.
• Auto-Discovery: شناسایی خودکار دستگاه‌های متصل به سیستم و کاهش نیاز به پیکربندی دستی.
• Auto-Deskew: اصلاح اختلاف زمانی میان کانال‌ها و دستگاه‌ها برای افزایش دقت هم‌ترازی زمانی اندازه‌گیری‌ها.

با استفاده از این قابلیت‌ها، چندین دستگاه XR3 می‌توانند در یک سامانه چندکاناله فعالیت کنند و بیش از ۱۰۰ کانال زمان‌هم‌بسته ایجاد شود. توجه داشته باشید که این تعداد کانال از طریق هم‌زمان‌سازی چند دستگاه به دست می‌آید؛ نه اینکه یک دستگاه XR3 به‌تنهایی بیش از ۱۰۰ ورودی داشته باشد.

چرا طراحی 1U اهمیت دارد؟

واحد U یکی از استانداردهای اندازه‌گیری ارتفاع تجهیزات نصب‌شونده در رک است. هر یک یونیت رک برابر با ۱٫۷۵ اینچ یا حدود ۴۴٫۴۵ میلی‌متر ارتفاع است. XR3 در همین فضای عمودی، چهار کانال آنالوگ و ۱۶ کانال دیجیتال را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. این طراحی برای آزمایشگاه‌هایی که از تعداد زیادی ابزار اندازه‌گیری استفاده می‌کنند اهمیت دارد. در سیستم‌های تست خودکار، معمولاً تجهیزات مختلفی مانند منبع تغذیه، مولد سیگنال، بار الکترونیکی، اسیلوسکوپ و سیستم ثبت داده در یک رک نصب می‌شوند. کاهش ارتفاع هر دستگاه می‌تواند فضای بیشتری برای افزودن تجهیزات دیگر فراهم کند. از سوی دیگر، استفاده از چند دستگاه هم‌شکل و هم‌زمان‌شده می‌تواند مدیریت کابل‌کشی و یکپارچه‌سازی سیستم را ساده‌تر کند.

قابلیت‌های نرم‌افزاری و تحلیل سیگنال

XR3 علاوه بر سخت‌افزار اندازه‌گیری، قابلیت‌های نرم‌افزاری مختلفی نیز دارد.

برخی از این قابلیت‌ها عبارت‌اند از:

• Protocol Decode برای رمزگشایی پروتکل‌های ارتباطی
• Power Supply Testing برای بررسی عملکرد منابع تغذیه
• Jitter Analysis برای تحلیل نوسانات زمانی سیگنال
• Zone Triggering برای تشخیص رخدادهایی که در ناحیه مشخصی از شکل موج اتفاق می‌افتند
• FFT برای تحلیل سیگنال در حوزه فرکانس
• Mask Testing برای بررسی انطباق سیگنال با محدوده‌های تعریف‌شده

یکی از ویژگی‌های مهم دستگاه این است که بخشی از پردازش‌ها مانند Zoom، فیلترها، Zone Triggering و Color Grading با کمک سخت‌افزار داخلی انجام می‌شوند. بنابراین اجرای این تحلیل‌ها لزوماً باعث کاهش نرخ به‌روزرسانی اعلام‌شده دستگاه نمی‌شود. همچنین نرم‌افزار Infiniium 2026 می‌تواند روی یک رایانه خارجی اجرا شود و امکان مشاهده و کنترل چند دستگاه XR3 را از یک رابط نرم‌افزاری مشترک فراهم کند. این قابلیت در سیستم‌هایی که تعداد زیادی اسیلوسکوپ در یک رک یا مجموعه رک نصب شده‌اند، اهمیت زیادی دارد.

XR3 در چه کاربردهایی استفاده می‌شود؟

Keysight این محصول را برای سیستم‌های تست خودکار و کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی معرفی کرده است.

1. تست تجهیزات هوافضا و دفاعی: در تجهیزات هوافضا و سامانه‌های دفاعی، بررسی ارتباط زمانی میان سیگنال‌های مختلف اهمیت زیادی دارد. برای مثال، ممکن است لازم باشد رفتار چند بخش از یک سامانه کنترلی، ارتباطی یا الکترونیکی به‌صورت هم‌زمان ثبت شود. استفاده از چند اسیلوسکوپ هماهنگ‌شده می‌تواند امکان تحلیل دقیق‌تر رویدادها را فراهم کند.
2. تست خودکار در خطوط تولید: در خطوط تولید الکترونیک، ممکن است هر محصول نیازمند بررسی چندین نقطه تست باشد. XR3 می‌تواند در یک سیستم تست خودکار برای بررسی سیگنال‌ها و کنترل کیفیت عملکرد بردها استفاده شود. تراکم بالای کانال‌ها و قابلیت هم‌زمان‌سازی چند دستگاه، برای طراحی تجهیزات تست پرتعداد مفید است.
3. تست منابع تغذیه و مبدل‌های قدرت: برای بررسی عملکرد یک مبدل DC-DC یا منبع تغذیه سوئیچینگ، اندازه‌گیری هم‌زمان چند ولتاژ و سیگنال کنترلی اهمیت دارد. برای مثال، می‌توان رفتار ورودی و خروجی مبدل، سیگنال‌های سوئیچینگ و ریپل ولتاژ را در یک بازه زمانی مشترک بررسی کرد.
4. تحقیقات فیزیک و آزمایشگاه‌های پیشرفته: در برخی آزمایش‌های فیزیکی، چندین حسگر و مدار اندازه‌گیری باید یک رویداد مشترک را ثبت کنند. در چنین شرایطی، هم‌زمان‌سازی دقیق کانال‌ها و امکان ذخیره رخدادهای کوتاه می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

آیا XR3 جایگزین تمام اسیلوسکوپ‌های رومیزی است؟

خیر. XR3 برای یک کاربرد مشخص طراحی شده است: سیستم‌های تست رک‌مونت، پرتراکم و چندکاناله. در انتخاب اسیلوسکوپ، صرفاً تعداد کانال یا وضوح ADC کافی نیست. پارامترهایی مانند پهنای باند، نرخ نمونه‌برداری، نویز ورودی، حافظه، نوع پروب، امپدانس ورودی و قابلیت‌های Trigger باید متناسب با کاربرد انتخاب شوند.

برای مثال، اگر هدف بررسی یک سیگنال با مؤلفه‌های فرکانسی بسیار بالا باشد، باید پهنای باند اسیلوسکوپ و مشخصات پروب با نیاز اندازه‌گیری متناسب باشند.

همچنین برای استفاده از قابلیت هم‌زمان‌سازی چند دستگاه، طراحی صحیح اتصالات مرجع زمانی، Trigger و تنظیمات سیستم ضروری است. بنابراین XR3 بیشتر برای مهندسانی جذاب است که در حال طراحی یک زیرساخت تست خودکار و چندکاناله هستند؛ نه لزوماً کاربری که فقط به یک اسیلوسکوپ رومیزی برای عیب‌یابی روزمره نیاز دارد.

جمع‌بندی

معرفی InfiniiVision XR3 نشان می‌دهد که توسعه ابزارهای اندازه‌گیری تنها به افزایش پهنای باند یا نرخ نمونه‌برداری محدود نیست. در سیستم‌های پیچیده، توانایی ثبت تعداد زیادی سیگنال با هماهنگی زمانی دقیق نیز اهمیت بسیار زیادی دارد. ترکیب ADC چهارده‌بیتی، چهار کانال آنالوگ، ۱۶ کانال دیجیتال، حافظه ۱۰۰ میلیون نقطه‌ای و نرخ به‌روزرسانی ۱٫۳ میلیون شکل موج در ثانیه، XR3 را به ابزاری مناسب برای تست‌های پیشرفته تبدیل می‌کند.

با این حال، ویژگی متمایز این محصول امکان هم‌زمان‌سازی چند دستگاه و ساخت سیستم‌هایی با بیش از ۱۰۰ کانال زمان‌هم‌بسته است. برای مهندسان طراحی سخت‌افزار، توسعه‌دهندگان سیستم‌های تست خودکار و تیم‌های کنترل کیفیت در صنایع الکترونیک، چنین ابزاری می‌تواند فرایند اندازه‌گیری و عیب‌یابی سیستم‌های پیچیده را ساده‌تر کند.

منابع و مراجع

1. خبر رسمی Keysight – معرفی اسیلوسکوپ XR3، ۳ نوامبر ۲۰۲۶
2. صفحه رسمی محصول InfiniiVision XR3 در Keysight
3. دیتاشیت رسمی InfiniiVision XR3 Low Profile Oscilloscope
4. معرفی خانواده اسیلوسکوپ‌های Keysight Essential
5. گزارش Engineering.com درباره معرفی XR3