1

2

Indice unità 5

Struttura dello strumentoModalità di campionamentoModalità di triggerPresentazioneProblemi di ricostruzione del segnalePrestazioni

3

Oscilloscopi numerici

4

Indice

Generalità sul DSOStruttura a blocchi di un DSO

5

Struttura dello strumento

6

Oscilloscopio numerico 1/2

Chiamato comunemente anche oscilloscopio digitale, (acronimo DSO “Digital StorageOscilloscope”)

Supera alcuni limiti dell’oscilloscopio analogico nella rappresentazione di segnali tipici dell’elettronica digitale (impulsi non periodici, transitori ecc.)

7

Oscilloscopio numerico 2/2

Nell’aspetto e nei principali comandi di controllo, è simile ad un oscilloscopio analogico, ma nelle modalità operative è concettualmente diverso

Il segnale di ingresso è convertito in forma numerica e rappresentato in modo simile all’oscilloscopio analogico

8

Aspetto tipico di un DSO

9

Generalità sul DSO 1/5

Il segnale in ingresso viene campionato (prelievo del valore “istantaneo” di tensione) in istanti di tempo successivi I campioni di tensione sono quantizzati e trasformati in valore numerico tramite un convertitore A/DLa sequenza dei campioni numerici è immagazzinata in una memoria

L’operazione di acquisizione e rappresentazione sullo schermo è effettuata nelle fasi seguenti:

10

Generalità sul DSO 2/5

In funzione di un evento di trigger (impostato dall’utente), si definisce la parte di segnale memorizzato che si vuole osservare I campioni memorizzati sono processati numericamente e il segnale, (ricostruito in forma analogica), viene rappresentato sullo schermo di un tubo a raggi catodiciLa memoria viene letta ciclicamente e l’immagine ridisegnata continuamente sullo schermo, anche se il segnale reale nel frattempo non esiste più

11

Generalità sul DSO 3/5

Un microprocessore gestisce:le operazioni di campionamento, i menu di trigger le elaborazioni dei dati in memoria

la presentazione

Il trasferimento dell’informazione, fra i blocchi di memorizzazione ed elaborazione sia interni, sia verso l’esterno, avviene attraverso un bus di dati la natura numerica dei dati consente l’interconnessione dell’oscilloscopio in un sistema automatico di misura

12

Generalità sul DSO 4/5

Nell’oscilloscopio analogico il trigger determina l’istante di inizio della rampa e quindi l’inizio della finestra di osservazione Con l’oscilloscopio numerico, il trigger è un evento collocabile in una posizione qualunquedella finestra di osservazionePuò corrispondere sia all’inizio sia alla fine della porzione di segnale acquisita È quindi possibile osservare sia porzioni di segnale precedenti al trigger (pre-trigger), sia successive (post-trigger)

13

Generalità sul DSO 5/5

Fino a qualche tempo fa i limiti del DSO riguardavano l’acquisizione di segnali ad alta frequenzaPer l'evoluzione tecnologica dei convertitori A/D veloci e memorie ad elevata velocità di scritturaIl DSO ha raggiunto le prestazioni degli analogici verso le alte frequenzeL’integrazione tra hardware e software permette di ottenere prestazioni sempre più sofisticate

14

Struttura dello strumento

15

Struttura di un DSO

Sistema di rappresentazione

TRC

S/H ADC

CLK

memoriaCPU

Campionatore e Convertitore A/D

Unità memoria edi elaborazione

trigger delay

Blocco di trigger

CH1Atten. Preampl.

Unità di ingressoIngress o

BU

S D

AT

I

16

Unità di ingresso

Simile a quella di un oscilloscopio analogicoAttenuatore taratoPreamplificatoreIn più filtro passa basso anti aliasing che delimita la banda del DSO

CH1Atten. Preampl.

Unità di ingressoIngresso

Anti-aliasing

17

Campionamento e conversione A/D

Il segnale condizionato dall’unità di ingresso, viene campionato da un circuito S/HIstanti di tempo definiti dalla frequenza di campionamento (clock) La tensione è mantenuta costante nella fase di Hold per tutto il tempo di conversione del convertitore A/D

V in

Sample/Hold

Vout

Start conv.

Vin(t)

t

Ist. sample

t

Tempo di conv.

Ist. Hold

Vout

18

Memorizzazione

I singoli campioni Sn (rappresentati da N bit) sono registrati in una memoria RAMOrganizzazione di tipo FIFO (First Input First Output) i campioni più vecchi sono scalzati dai più recenti

Sn Sn-1 .. .. .. .. .. .. S3 S2 S1

S1

Sn+1 Sn .. .. .. .. .. .. S4 S3 S2

Capacità di memoria n campioni

19

Caratteristiche memoria DSO

Capacità di memoria di un DSO vanno da alcuni kiloByte di campioni a qualche centinaio di kiloByte

Dimensioni della memoria n(campioni)xN(bit)

Le memorie utilizzate sono ad alta velocità di scrittura (adeguata alla velocità del convertitore A/D)

Esempio:frequenza di campionamento fs= 100MHz ciclo di scrittura tSC <10 ns

20

Blocco di trigger

Il blocco di trigger serve per posizionare la finestra temporale di osservazione in corrispondenza di un istante di tempo selezionato

Tale istante corrisponde al verificarsi di particolari condizioni impostate dall’operatore nel menu di configurazione di trigger (es. superamento di un livello, condizioni logiche imposte su vari segnalidigitali)

evento di trigger Segnale acquisito

21

Sistema di rappresentazione 1/2

La rappresentazione del segnale viene fatta sullo schermo di un tubo a raggi catodici (TRC)

La maggior parte degli oscilloscopi attuali utilizzano TRC a deflessione magnetica e scansione tipo “raster” come il monitor di un calcolatore

22

Sistema di rappresentazione 2/2

Vantaggio di avere lo schermo di dimensioni maggiori

Maggiore quantità di informazione (messaggi all'operatore, maggiore area grafica, informazioni alfanumeriche)

Vantaggio di schermo a colori che permette di evidenziare meglio le varie informazioni

23

Schermo di un DSO

AREA GRAFICAAREEINFORMAZIONI E MENU

24

Oscilloscopi numerici

25

Indice

Campionamento in tempo realeCampionamento di segnale ripetitivoCampionamento sequenzialeCampionamento casualeConsiderazioni sulla rappresentazioneConvertitori A/D

26

Modalità di campionamento

Segnale da visualizzare non ripetitivo (transitorio)

il campionamento deve avvenire in tempo reale(campionamento “real-time”)

Segnale ripetitivoSi sfruttano le successive ripetizioni per acquisire i campioni necessari

Si possono avere due situazioni

27

Modalità di campionamento

28

Campionamento real time 1/2

Campioni vengono acquisiti alla frequenza di campionamento fs stabilita da un oscillatore interno e vengono accumulati nella memoriaSe B è la banda del segnale in ingresso, per una acquisizione corretta occorre rispettare il teorema di Nyquist fs>2B

fs massima limitata dal tempo di conversione A/D

Impulsi di campionamento

t

V(t)

29

Campionamento real time 2/2

Per una ricostruzione accurata del segnale, tenendo conto che alla frequenza B l’ampiezza si riduce di 3 dB (circa il 30%)E che generalmente lo spettro del segnale ha contenuto significativo anche a frequenze più elevate di B si sceglie fs=2÷4BIl filtro anti aliasing all’ingresso viene inserito perlimitare la banda del segnale

fs 2fs

fSegnale

Filtro anti alias

B

30

Modalità di campionamento

31

Segnale ripetitivo

Un segnale ripetitivo e costituito da segmenti di segnale identici che si ripetono a cadenza qualsiasi

Segnale periodico è caso particolare di segnale ripetitivoNon è vero il viceversaPer comodità si fa riferimento a segnali periodici anche se è sufficiente che siano ripetitivi

D D

t

32

Ogni ripetizione è campionata con una frequenza inferiore a quella richiesta dal teorema di Nyquist

Si prelevano i campioni in ripetizioni successive

Come si sfrutta la ripetitività 1/2

D D

t

tImpulsi di campionamento

33

È ovviamente necessaria la stazionarietà del segnale

Se il segnale non è stazionario la ricostruzione che si effettua in base ai campioni acquisiti può essere notevolmente errata

Come si sfrutta la ripetitività 2/2

34

Campionamento per segnale ripetitivo

Campionamento sequenziale

Campionamento asincrono o casuale (random)

Modalità di campionamento

35

Modalità di campionamento

36

Campionamento sequenziale 1/4

Si genera un riferimento sincrono col segnale mediante il blocco di trigger (trigger pulse)Si preleva un campione ad ogni ripetizione del segnale con ritardo k∆t rispetto all’istante di trigger (k intero=numero d’ordine del campione)

t

Trigger pulse

Samplingpulse

x x x x

∆t 2∆t 3∆t 4∆t

t

t

• • ••

1 2 3 4

37

Campionamento sequenziale 2/4

I campioni accumulati sono in ordine sequenziale a distanza ∆t lungo la porzione di segnale acquisitaLa frequenza di campionamento equivalente feq=1/∆t deve essere sufficientemente elevata per rispettare Nyquist (feq>2B)

• • ••

• •

∆t

t

1 2 3

5

4

6

38

Campionamento sequenziale 3/4

Se il segnale ha frequenza di ripetizione molto elevata si può prelevare un campione ogni M ripetizioni del segnale

Inconvenienti:acquisizione lenta (una porzione di durata M∆trichiede M ripetizioni) non è possibile acquisire porzioni del segnale precedenti l’evento di trigger (i campioni sonotutti successivi all’impulso di trigger)

39

Campionamento sequenziale 4/4

Vantaggi:convertitore A/D lento meno costosoconvertitore A/D accurato

40

Conclusione modalità sequenziale

Tale tecnica non viene normalmente utilizzata nell’oscilloscopio digitale

Si utilizza in particolari strumenti analizzatori di forme d’onda per frequenze molto elevate

Quando occorre una elevata accuratezza nella conversione A/D

41

Modalità di campionamento

42

Campionamento casuale 1/5

Tecnica adottata in tutti gli oscilloscopidigitali

Si acquisisce ad una frequenza fissa fs(generalmente la massima possibile)

43

Campionamento casuale 2/5

I campioni acquisiti nelle successive ripetizioni sono riordinati in memoria in ordine temporale crescente rispetto all’evento di trigger

Poiché fs non è correlata con gli istanti di trigger nelle successive ripetizioni i campionisono con ottima probabilità diversi daiprecedenti

44

Campionamento casuale 3/5

10

20

3 0

2µ s

6 µ s

10 µ s

5µ sIstanti ditrigger

Impulsi dicampionamento

V(t)

9 µ s

1 µ s

t

t

t

40

50

6 0

70

80 90

Modalità di campionamento

45

Fissata la porzione PV di segnale ripetitivo da ricostruire con N campioni

Ogni campione rappresenta un tratto di segnale di durata

Campionamento casuale 4/5

PV / N → time slot

46

Campionamento casuale 5/5

Si campiona con continuità a frequenza fs costante

Si misura il ritardo fra ogni evento di trigger ed il campione successivo

Si individua il time slot di appartenenza di ogni campione acquisito

47

Esempio di acquisizione 1/4

Sia un segnale periodico di periodo T

Si vuole osservare una porzione PV = T

Si richiedono almeno N=8 campioni

Si vuole una finestra tutta di post-trigger

Time slot = PV/N = T/8

Caso di studio

48

Esempio di acquisizione 2/4

TIME SLOT 0 1 2 3 4 5 6 7 8

A B C

fs

C1C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

1

23

liv. trig.

dopo il trigger A

∆ΤΑ ∆ΤΒ

trigger

49

Esempio di acquisizione 3/4

A B CC1

C3

C4

C5

C6

C7

C8

1 4

25 3

TIME SLOT 0 1 2 3 4 5 6 7 8

∆ΤΑ ∆ΤΒ

fs

liv. trig. C2

dopo il trigger Btrigger

50

Esempio di acquisizione 4/4

A B CC1

C3

C4

C5

C6

C7

C8

1 42

5 3

TIME SLOT 0 1 2 3 4 5 6 7 8

∆ΤΑ ∆ΤΒ

fs

liv. trig. C2

dopo il trigger C

7

8

6

trigger

51

Acquisizione con pretrigger 1/3

post-trigger

1

2

0 1 2 3 4-4 -3 -2 -1

3

trigger

time slot

pre-trigger

trigger A B C

∆TA

f s

C1C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

dopo il trigger A

∆TB

Tr.level

t

52

Acquisizione con pretrigger 2/3

post-trigger

0 1 2 3 4-4 -3 -2 -1

trigger

time slot

pre-trigger

trigger A B C

∆TA

fs

C1C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

dopo il trigger B

∆TB

Tr.level

t1 4

25 3

53

Acquisizione con pretrigger 3/3

post-trigger

0 1 2 3 4-4 -3 -2 -1

trigger

time slot

trigger A B C

∆TA

fs

C1C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

dopo il trigger C

∆TB

Tr.level

t

2

pre-trigger

1 4

5 38

7

6

54

Modalità di campionamento

55

Considerazioni 1/4

PV → porzione visualizzata si sceglie con la selezione della base dei tempi (Time/Div)

N → numero punti sullo schermo

Durata di un time slot → PV/N varia al variare del coefficiente di deflessione orizzontale che si sceglie

I campioni che non rientrano nella finestra PV sono scartati

56

Considerazioni 2/4

La durata minima di un time slot dipende:dalla risoluzione ∆T con cui si è in grado di misurare il ritardo temporale fra un impulso di trigger ed il campione successivo

dalla stabilità del clock

∆T ordine dei picosecondi definisce il minimo time slot realizzabile

57

Considerazioni 3/4

Al limite la frequenza di campionamento equivalente vale feq=1/∆T in teoria molto elevata

In pratica la banda è limitata dal filtro anti-aliasing in ingresso

58

Considerazioni 4/4

fs=40MHz; ts=1/ fs=25ns

Risoluzione tempi ∆T=10 ps (time slot minimo)

Traccia N= 500 campioni

PV= ∆T x N =10 ps x 500 = 5 ns

Schermo con 10 div orizzontali

Velocità di scansione = 0.5ns/div

Esempio

59

Modalità di campionamento

60

Convertitori A/D utilizzati 1/2

Comunemente si usano convertitori ad approssimazioni successive in cui Tc=Ntclk (N bit e tclk periodo di clock)

Se si vuole elevata fs si deve rinunciare alla risoluzione elevata

61

Convertitori A/D utilizzati 2/2

Per fs molto alte (attualmente alcuni gigahertz), si usano convertitori di tipo parallelo (“flash”) in cui Tc=tclk

Per aumentare fs , utilizzando convertitori lenti, si adottano vari accorgimenti

62

S/H e convertitori A/D multipli

Il segnale è campionato in sequenza dal S/H#1 al S/H#4

Ciascun A/D ha a disposizione per convertire un tempo 4ts

#1#1

V in S/H

A/Dconverter

S/H

A/Dconverter

S/H

A/Dconverter

S/H

A/Dconverter

Circuito di scansione

Start convers.

#4#4

Multiplexerdigitale

N1

N4

N1 N2 N3 N4 N1

63

Oscilloscopi numerici

64

Indice

Modalità di trigger nei DSOTrigger nell’acquisizione real timeTrigger nei segnali ripetitiviCondizioni di trigger

65

Modalità di trigger

66

Modalità di trigger 1/2

Scopo del trigger: definire l’evento intorno a cui posizionare la porzione di segnale da analizzare

Campionamento “real time”l'evento di trigger fissa un riferimento temporale per gli N campioni conservati in memoria

67

Modalità di trigger 2/2

Campionamento di segnali ripetitivi

ogni evento di trigger individua una ripetizionedella porzione di segnale da analizzare

nella ricostruzione tutti gli eventi di trigger si sovrappongono individuando un unico istante di riferimento

68

Confronto fra DSO e analogico

Oscilloscopi analogicilivello (trigger level) e pendenza (slope + -)è possibile solo post-trigger

Oscilloscopi digitalilivello e pendenza come l’analogicopossibilità di pre e post-triggertrigger su configurazioni di più segnalitrigger in corrispondenza di sequenze logichenumerose altre opzioni diverse per i vari DSO

69

Eventi di trigger

Nella acquisizione real-time si ha un solo evento di trigger (di solito si tratta di un singolo tansitorio)

Nell’acquisizione ripetitiva gli eventi di trigger sono sincroni con la cadenza della ripetizione

A seconda del tipo di segnale acquisito, l’evento di trigger determina comportamenti diversi

70

Modalità di trigger

71

Trigger real time 1/4

In real time, poiché il campionamento avviene in modo continuo, la memoria dell’oscilloscopio contiene gli ultimi N campioni acquisiti

L’evento di trigger determina l’arresto dell’acquisizione e il “congelamento” dei dati presenti in memoria

72

Trigger real time 2/4

Si può fare in modo di arrestare l’acquisizione dopo M campioni successivi all’istante di triggerK capacità di memoria (caratteristica del DSO)M impostato da utente

Impulsi di campionamento

t

V(t) Trigger level×

Evento di trigger

Capacità di memoriaK campioni

M campioni acquisiti successivi al trigger

t

73

Trigger real time 3/4

Se si rappresenta tutto il contenuto di memoria si avrà :

K-M campioni di pre-triggerM campioni di post-trigger

T

pre post

K-M M

74

Trigger real time 4/4

M=0: l'evento di trigger arrestaimmediatamente l'acquisizione e la memoria contiene la porzione di segnale antecedente l’evento di triggerM=K: la memoria si riempie di K campioni tutti immediatamente successivi all’evento di trigger 0<M<K: la memoria contiene una porzione di segnale a cavallo dell’evento di triggerM>K: la memoria contiene una porzione di segnale ritardata rispetto all’evento di trigger

T

T

T

T

Porzione rappresentata

75

Modalità di trigger

76

Trigger segnali ripetitivi

Con il campionamento casuale il trigger fissa un riferimento per la collocazione dei campioni all’interno della finestra temporale

Come nel caso “real time” è possibile visualizzare una porzione di segnale:

precedente l’evento di trigger (pre-trigger) una porzione successiva (post-trigger) oppure ancora una porzione a cavallo dell’evento di trigger (pre e post-trigger)

L’impostazione di pre e post-trigger può essere fatta anche in termini di tempo invece che per numero di campioni

77

Alcuni esempi di possibilità di trigger

Di seguito si analizzano alcune possibilità di trigger offerte da DSO che evolvono verso un aumento delle potenzialità del triggerImportante avere ampia possibilità di fissare condizioni di trigger per:

posizionare la finestra di osservazione intorno ad eventi identificabili in vari modi

catturare porzioni di segnali complessi

Per i dettagli si rimanda al manuale di istruzione del particolare DSO

78

Modalità di trigger

79

Condizioni di trigger segnali ripetitivi 1/2

Trigger in base a livello e pendenza

Abilitazione del successivo trigger dopo ∆T(Condizione di trigger con hold off temporale, ignora impulsi di trigger per un tempo ∆T > T)

T tT∆T

abilitazione

Trigger level× ×

Slope +

Su singolo canale

80

Condizioni di trigger segnali ripetitivi 2/2

Abilitazione del successivo trigger dopo N eventi (Condizione di trigger con hold off su eventi, ignora N eventi di trigger successivi)

81

Condizioni di trigger su più ingressi 1/3

Su un canale si imposta il trigger in base al livello e pendenza del segnaleSu un altro canale si impostano ulteriori condizioniEsempio

canale 1 : trigger definito ad un livello ed una pendenza (slope +/-)canale 2 : stato logico basso

trigger

livello triggercanale 1: livello e pendenza

canale 2 : stato logico low

t

t

82

Condizioni di trigger su più ingressi 2/3

Trigger su stato di CH1 e CH2: L H (CH1 = Low, CH2 = High)Condizione di trigger: ENTERINGIl trigger si genera quando si entra nella condizione LH

t

CH1

CH2

tT T T T

83

Condizioni di trigger su più ingressi 3/3

Trigger su stato di CH1 e CH2: L H (CH1 = Low, CH2 = High)Condizione di trigger: EXITINGIl trigger si genera quando si esce dalla condizione LH

t

CH1

CH2

tT T T T

84

Gestione del trigger

Gestione a menu delle varie condizioni di trigger

Memorizzazione di varie configurazioni(set) delle condizioni di trigger

Ciascuna configurazione è richiamabile con una parola chiave

Per facilitare il compito all'operatore

85

Oscilloscopi numerici

86

Indice

Presentazione e tipi di deflessioneDeflessione vettorialeDeflessione raster

87

Presentazione

88

Presentazione

Presentazione sullo schermo di:andamento temporale della porzione di segnale di interesseindicazioni alfanumeriche di parametri selezionati (sensibilità verticale e orizzontale, selezione di trigger ecc.)informazioni di misura di parametri del segnale (tensione, frequenza, intervalli di tempo ecc..)

Qualità della traccia generalmente inferiore a quella di un oscilloscopio analogico (ricostruita per punti)

89

Tipi di deflessione

TRC possono essere a deflessione:Vettoriale

Deflessione mediante campo elettrico, Placchettedi deflessione X,Y punto rappresentato con le sue componenti vettoriali

RasterDeflessione mediante campo magnetico, scansione di riga e di quadro

Molto più utilizzato il TRC a scansione raster

90

Presentazione

91

Deflessione vettoriale

Uguale al TRC degli oscilloscopi analogici

Necessarie due conversioni D/A per generare le due tensioni analogiche di pilotaggio delle placchette di deflessione X, Y

Traccia meglio definita, ma mancanza di colore

Schermo di dimensioni tradizionali (più piccole di quello a deflessione magnetica)

92

Presentazione

93

Tubo raster

Lo schermo TRC è costituito da una matrice di pixel (H righe x L colonne)Esempi di dimensione della matrice

368 righe e 576 colonne (media risoluzione)810 righe x 696 colonne (buona risoluzione: qualità =numero pixel maggiore)

H

L pixel

94

Presentazione raster

I dati da visualizzare vengono mappatiall’interno della memoria di schermo:

matrice di L× H parole binarie, ciascuna delle quali rappresenta colore ed intensità del pixel di riga e colonna corrispondente

La memoria video viene scandita ciclicamentecon frequenza sufficientemente elevata da garantire la persistenza dell’immagine

Il fascio elettronico disegna l’immagine memorizzata, percorrendo lo schermo da sinistra a destra e dall’alto al basso come nel monitor di un calcolatore

95

Oscilloscopi numerici

96

Indice

Ricostruzione della tracciaProcesso di interpolazioneFrequenza equivalente di campionamentoErrori di ricostruzione

97

Problemi di ricostruzione del segnale

98

Ricostruzione della traccia

Si è in condizioni di segnale a durata limitata

Presentare sullo schermo una traccia quanto più simile a quella della forma d'onda reale a partire da un numero di limitato campioni

Scopo della ricostruzione:

99

Per una ricostruzione ideale

La teoria dei segnali dice che:

Un segnale analogico a durata limitata ha una banda illimitata

Per una sua corretta ricostruzionenecessaria la conoscenza di infiniti campionipassati e futuriil contributo dei campioni decresce all’aumentare della distanza dall’istante attuale

Nella pratica ciò non è realizzabile

100

Spettro di segnale campionato

FS=2B: ricostruzione non corretta (aliasing)

FS>>2B : ricostruzione corretta

X(f)

+B-B

f

Fs 2Fsf=0

f

Fs 2Fs

X(f)

+B-B f=0

101

Per ricostruire correttamente

Volendo ricostruire un segnale a durata limitata in teoria Fs→∞

Per una ricostruzione sufficientemente approssimata occorre che Fs sia tanto elevata da evitare sovrapposizione di lobi secondarisignificativi

Di conseguenza per una corretta acquisizione occorre che FS soddisfi “in modo forte” la condizione

FS >> 2B

102

Problemi di ricostruzione del segnale

103

Processo di interpolazione

I campioni acquisiti non sono generalmente sufficienti a rappresentare l’immagine con una traccia continua

Occorre aggiungere ulteriori campioni per completare il numero di pixel necessari

L’interpolazione consiste nella integrazione dei campioni negli intervalli di tempo in cui mancano quelli acquisiti

104

Interpolazione lineare

Si uniscono i campioni acquisiti con dei segmentiAlgoritmo rappresentato graficamente in figura

Campione ricostruitosommando questi duevalori

2Ts

campioni acquisiti

t

105

Interpolazione con funzione sinc 1/2

Ricostruzione segnale analogico a partire dai suoi campioni mediante la funzione

( ) ( ) ( )( )∑

+∞

∞− −−

=nTstFs

nTstFsnTsxtx

ππsin

xxsin

106

Interpolazione con funzione sinc 2/2

Dove Fs=1/Ts è la frequenza di campionamento

x(t)

t

107

Problemi di ricostruzione del segnale

108

Frequenza equivalente di campionamento

Nell’acquisizione di segnali ripetitivi la frequenza di campionamento Fs reale può essere molto al di sotto della frequenza di Nyquist

La traccia è rappresentata da un numero Nv di punti

Quindi è come se il segnale fosse stato campionato con una frequenza di campionamento equivalente della traccia visualizzata FSvis

109

Ricostruire segnali ripetitivi 1/2

Nella rappresentazione quindi la frequenza equivalente FSvis di campionamento della traccia visualizzata è

FSvis = TSvis-1=( PV/Nv)-1

Nv : numero di punti della traccia sullo schermo (parametro fisso dipendente dallo schermo)PV: durata della finestra temporale osservata (scelta della “taratura” asse dei tempi)

110

Ricostruire segnali ripetitivi 2/2

FSvis dipende dalla scelta della durata della finestra temporale di osservazione (scelta della base tempi)

111

Problemi di ricostruzione del segnale

112

Ricostruzione non corretta

Scelte non corrette possono portare a rappresentazioni errate che, nel caso di segnali sinusoidali vanno, a seconda dei casi, da:

segnali rappresentati con una frequenza molto più bassa di quella reale e correttamente sincronizzatisegnali con ampiezza apparentemente modulata percezione di sinusoide a frequenza molto più bassa che scorre sullo schermo non sincronizzata

113

Verifica della situazioni di errore 1/2

È buona norma da parte dell’operatore verificare

Se:una variazione della costante di taratura della base dei tempi Time/Div

Comporta:notevole variazione dei parametri della forma d'onda

114

Verifica della situazioni di errore 2/2

Ciò vuol dire che occorre: cambiare la configurazione dello strumento (utilizzare altro valore di Time/Div)

Fino a che:ulteriori variazioni del valore di Time/Divnon provocano variazioni dei parametri della immagine

115

Oscilloscopi numerici

116

Prestazioni di un DSO 1/5

In modalità di campionamento real-time, dipende dalla massima frequenza FSmax di campionamento utilizzata

Alcuni produttori, in base agli algoritmi di ricostruzione usati, dichiarano una banda passante BRT=1/4 FSmax

Banda passante (real time)

117

Prestazioni di un DSO 2/5

In modalità di campionamento di segnali ripetitivi, la banda passante dell’oscilloscopio BRIP è molto più elevata di quella dichiarata per operazioni in tempo reale, e BRIP>>FSmax

Occorre fare molta attenzione alle caratteristiche dichiarate per valutare correttamente le prestazioni offerte dall’oscilloscopiofare riferimento, oltre che alla banda BRIP, anche a BRT (real time e quindi alla massima frequenza di campionamento)

Banda passante (ripetitivo)

118

Prestazioni di un DSO 3/5

Il numero di bit del convertitore A/D definisce la risoluzione teorica verticale dell’oscilloscopio numerico La risoluzione reale dipende anche dal rumore introdotto dai blocchi che precedono il convertitore A/D , (attenuatori, amplificatori, S/H, filtri ecc..)Alcuni produttori dichiarano bit effettivi di risoluzione, inferiori rispetto a quelli del convertitore A/D, per comprendere l'effetto dei blocchi a monte

Risoluzione verticale

119

Prestazioni di un DSO 4/5

Generalmente l’incertezza dell’oscilloscopio numerico viene fornita in termini percentuali rispetto al fondo scala ed è compresa fra lo 0.2% (per oscilloscopi di buona qualità) e il 2%. Per esempio: Gain Accuracy:< 2% of full scale

Oppure può essere espressa in (+ % fondo scala + quantità fissa), per esempio: DC accuracy < (+1% FS + 100mV)

Accuratezza verticale

120

Prestazioni di un DSO 5/5

Principalmente determinata:dall’accuratezza del clock che determina gli istanti di campionamentodall’accuratezza con cui sono misurati i ritardi dei campioni rispetto al trigger

Negli oscilloscopi più costosi l’accuratezza della base tempi è fornita come percentuale del valore letto più una costante che dipende dalla sensibilità orizzontale impostataPer esempio: time base accuracy= [ 0.005% of

reading+ 100 ps]

Accuratezza dell'asse dei tempi