Oscilloscopio. Modalità Base dei Tempi. Modalità xy

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1 Oscilloscopio Modalità Base dei Tempi Modalità xy

2 Schema a blocchi di un oscilloscopio Volt/div Coupling Position y z b.d.t x yx Source Coupling Sec/div

3 Oscilloscopio Digitale (Numerico)

4 Oscilloscopio numerico

5 Schema a blocchi dell Oscilloscopio digitale EXT TRIG Circuito di Trigger (Analogico) Memoria di visualizzazione Raster Scan Video Blocco di ingresso Blocco di conversione A/D DSP Panello frontale Front-end analogico Memoria di acquisizione Interfacce Standard CPU+RAM I/0 BUS

6 EXT TRIG Trigger (Analogico) Memoria visualizzazi Video A/D DSP Pannello frontale Blocco d ingresso vx Memoria acquisizio Interfacce Standard CPU+RAM I/0 BUS Selettore Attenuatore PreAmplificatore AC DC GND Volt/div Guadagno 1,2,5 Guadagno fine Banda passante Filtro antialiasing

7 EXT TRIG Blocco di ingresso Trigger (Analogico) A/D DSP Memoria visualizzazi Pannello frontale Video Conversione A/D vx Memoria acquisizio Interfacce Standard CPU+RAM I/0 BUS Elevata frequenza di campionamento (Shannon) GHz Numero di bit (generalmente 8) Risoluzione dipende anche dalla visualizzazione

8 Conversione A/D

9 EXT TRIG Blocco di ingresso Trigger (Analogico) A/D DSP Memoria visualizzazi Pannello frontale Video Trigger vx Memoria acquisizio Interfacce Standard CPU+RAM I/0 BUS Definisce cosa memorizzare e quindi visualizzare Trigger digitali

10 EXT TRIG Blocco di ingresso vx Trigger (Analogico) A/D DSP Memoria acquisizio CPU+RAM BUS Memoria visualizzazi Pannello frontale Interfacce Standard I/0 Video Memoria di acquisizione Livello di trigger T Memorizzazione N Campioni

11 Gestione Memoria FIFO SEQ PRE- POST trigger

12 Gestione memoria FIFO -Pre Trigger Sequenziale post-trigger

13 Memoria di acquisizione Livello di trigger Pre-Trigger T o Post-Trigger N-M Camp M campioni N campioni

14 Memoria di acquisizione

15 Memoria di acquisizione

16 Modalità di campionamento Campionamento in real time (single-shot) Campionamento in tempo equivalente

17 Il campionamento in tempo reale A/D con frequenza f c, si procede al campionamento del segnale di ingresso, depositando i campioni ottenuti secondo il trigger nella memoria di acquisizione. Per segnali periodici E possibile fare una singola acquisizione one-shot, oppure single-shot. Per segnali transitori

18 Il campionamento in tempo reale Il convertitore A/D lavora sempre alla frequenza di campionamento massima Es. fc=500mhz Tc= 4 ns La finestra temporale si selezione con la base dei tempi sec/div (nello schermo ci sono 10 divisioni e 50 punti x divisione) se acquisisco 500 punti in totale DT = 500 *4ns=2 ms Per vedere finestre temporali più lunghe cioè DT> 2 ms???

19 Modalità di acquisizione Base dei tempi 50 ms/div T tra i campioni 50 ms/div / 50 = 1ms fc= 500 MHz, Tc=4 ns per ogni WI abbiamo 1ms/4ns=250 punti 0-1 ms 1-2 ms 2-3 ms ms ms Cosa ne facciamo di questi punti sovrabbondanti?

20 Modalità di acquisizione Sample High res (alta risoluzione) Average Peak Detect Envelope

21 Modalità di acquisizione Sample: Sceglie il primo sample point come waveform point e si scartano tutti gli altri.

22 Sample Modalità di acquisizione

23 Modalità di acquisizione Hi res ( High resolution ): prende come waveform point la media di tutti i sample points nell intervallo. Questa operazione di media consente di aumentare la risoluzione dei waveform point di un numero di bit uguale a: 0,5 log 2 N

24 Modalità di acquisizione Peak-Detect: viene considerata ogni volta una coppia di waveform interval: del primo si prende come waveform point il massimo dei sample point e del secondo il minimo. Tutto questo a coppie in modo da alternare massimi e minimi. E possibile mettere in evidenza eventi transitori di durata piccola rispetto alla durata di un wavewform interval. Con le altre modalità transitori di breve durata verrebbero ignorati.

25 Modalità di acquisizione Envelope: per N successive finestre temporali si calcola per ogni waveform interval il massimo e il minimo, per ogni finestra temporale. Poi si calcolano per ogni wavwform interval il massimo assoluto e il minimo assoluto di tutti i massimi e minimi relativi. Alla fine si ottiene l inviluppo del segnale nelle N finestre temporali (N è scelto dall Utente). Si tratta di una specie ddi Peack Detect spinta su più finestre temporali.

26 Envelope Modalità di acquisizione

27 Modalità di acquisizione Average: corrispondente ad una acquisizione Hi-res fatta su N finestre temporali diverse. Il risultato, per ogni waveform interval, è la media tra tutte le acquisizioni fatte. Questa modalità è utile quando al segnale da analizzare si sovrappone un rumore di tipo aleatorio indesiderato. In questo caso l andamento del segnale utile non deve cambiare durante le N acquisizioni altrimenti il risultato viene affetto da errore.

28 Average Modalità di acquisizione

29 Il campionamento in tempo reale Segnali a frequenza elevata fc elevata Per poter visualizzare un segnale almeno punti per periodo quindi la fmax = fcmax/20 (es 500MHz/20 25 MHz) Se si fa un interpolazione lineare tra i punti potrebbero bastare 10 punti (per sinusoide) quindi fmax=fc/10 (es fmax 50 MHz) Se si fa interpolazione sinusoidale bastano 2.5 punti (es fmax 200 MHz) Ricordiamo Nyquist fmax=fc/2 (es. 200 MHz)

30 Il campionamento in tempo reale Le frequenze di campionamento fc ottenibili con gli attuali convertitori A/D rendono particolarmente complessa la realizzazione non solo del blocco di conversione, ma anche di quello di memorizzazione. Si deve infatti tenere presente che, ad esempio, con una frequenza di campionamento di 1GS/s si ha a disposizione, sia per la conversione sia per la memorizzazione di ogni dato, un solo nanosecondo.

31 Campionamento in tempo equivalente

32 I segnali ripetitivi Come è noto, si definisce periodico un segnale che soddisfa la relazione:

33 Campionamento tempo equivalente ns 1-2 ns 2-3 ns ns ns Non tutti i trigger hanno il sample Tempo necessario a riempire il record Non devono essere sincroni

34 Memoria di Visualizzazione I campioni depositati nella memoria di acquisizione devono essere opportunamente manipolati. La presenza della memoria di acquisizione rende relativamente indipendenti le prestazioni in frequenza dai blocchi posti a monte e a valle di essa.

35 Schermo Raster scan Lo schermo viene considerato come una matrice composta da NxM pixel, ognuna delle quali emette luce quando viene eccitata da un fascio elettronico. Alcuni schermi possono avere per esempio: 368 righe e 576 colonne o per i più costosi 810 righe 696 colonne

36 Schermo Raster scan

37 Riferimento del canale Schermo Raster scan Informazioni aggiuntive Scala verticale Scala orizzontale (Base dei tempi) Trigger

38 I parametri di un oscilloscopio digitale Banda passante di un oscilloscopio digitale Come negli oscilloscopi analogici anche negli oscilloscopi digitali viene riportata la banda passante BW dello strumento. Spesso vengono indicate due bande passanti, una relativa al funzionamento tempo reale, e l altra di funzionamento ripetitivo.

39 I parametri di un oscilloscopio digitale Frequenza di campionamento di un oscilloscopio digitale L attività di conversione può essere svolta utilizzando sia un campionamento in tempo reale, sia un campionamento ripetitivo. La frequenza di campionamento corrispondente alla traccia visualizzata può al massimo coincidere con quella utilizzata dal blocco di conversione nel caso di campionamento in tempo reale, mentre può essere superiore nel caso di funzionamento asincrono.

40 Oscilloscopio digitale a più canali EXT TRIG Circuito di Trigger (Analogico) Memoria di visualizzazione Raster Scan Video CH1 CH2 Blocco di conversione A/D DSP Panello frontale CH3 Interfacce Standard CH3 Front-end analogico Memoria di acquisizione Hard Disk CPU+RAM Mouse Tastiera BUS

41 Schema del blocco di acquisizione Selettore Attenuatore PreAmplificatore M Selettore Attenuatore PreAmplificatore Selettore Attenuatore PreAmplificatore S/H A/D M M Selettore Attenuatore PreAmplificatore M Multiplexer Multiplexer Motivo di questa soluzione = A/D veloci sono costosi

42 MENU Pannello frontale Vertical menu (Volt /div, offset, coupling, bandwith,invert ) Horizontal menu (sec/div, Npunti, trigger position ) Trigger menu (source, coupling, level, slope, type, mode, ) Acquire menu (sample, hi-res, peak, ) Measure menu (Vpk, Vpk-pk, Vmax, Period, offset ) Cursor menu Math menu Memorizzazione di set-up e/o forme d onda

43 Misure con oscilloscopio Risoluzione Scelta scale Misure automatiche Cursori

44 Oscilloscopio Esercitazione sull uso dell oscilloscopio Generatore di funzione Oscilloscopio

45 Misura 1 1. Uso delle modalità di acquisizione Generatore di funzione. CH1: SIN, alla frequenza di 1 khz, ampl.1 V; a) Misurare l ampiezza picco-picco con la funzione measure, sia in modalità sample e sia in modalità average (menu Acquire e poi Mode ).

46 Misura 2 Generatore di funzione. CH1: SIN, alla frequenza di 1 khz, ampl. 1 V, modulazione AM; CH2: NOISe, Ampl. 0.4 V. Collegare CH2 al connettore AM IN posto sul pannello posteriore. a) Misurare l ampiezza picco-picco con la funzione measure, sia in modalità sample e sia in modalità average (menu Acquire e poi Mode ). b) Utilizzare la modalità envelope (su 16 acquisizioni, ad esempio) per stimare l ampiezza del rumore sovrapposto al segnale.

47 Misura 3 Analisi di transitori Generatore di funzione. CH1: PULSe, freq. 10 khz, MODE = BRST, DUTY cycle 20% (tasti Shift + FUNC), BURST COUNT = 6 (tasti Shift + MODE), AMPL 1 V, OFFSET = 0.5 V. Alla pressione del tasto MANUAL il generatore produce in uscita una sequenza di 6 impulsi rettangolari. a) Configurare opportunamente il circuito di Trigger dell oscilloscopio numerico per visualizzare correttamente la forma d onda. b) Misurare il Ton del segnale visualizzato e calcolare l incertezza associata.

48 Misura 4 Generatore di funzione Oscilloscopio Misura di ritardo Generatore di funzione. CH1: square, freq. 100 Hz, MODE = BRST, DUTY cycle 20% (tasti Shift + FUNC), AMPL 1 V, OFFSET = 0.5 V. CH2: square, freq. 100 Hz, MODE = BRST, DUTY cycle 20% (tasti Shift + FUNC), AMPL 1 V, OFFSET = 0.5 V. PHASE 70 Alla pressione del tasto MANUAL il generatore produce in uscita le 2 onde quandre. a) Configurare opportunamente il circuito di Trigger dell oscilloscopio numerico per visualizzare correttamente le forme d onda. b) Misurare il ritardo di ch2 rispetto ch1 e calcolare l incertezza associata.