Oscilloscopio (Analogico)

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1 Oscilloscopio (Analogico) visualizzazione di una tensione in funzione di un altra tensione; visualizzazione di una tensione in funzione del tempo: il segnale è inviato alle p.d.v.; viene generato segnale proporzionale al tempo ; lavora alla velocità del segnale; evento di trigger, riferimento temporale; segnali periodici (o ripetitivi). limitate capacità di elaborazione; Oscilloscopio p.1/52

2 Tubo a raggi catodici filamento catodo griglia fuoco acceler. defl. vert. defl. orizz. aquadag schermo (anche altri tipi di display) Oscilloscopio p.2/52

3 Deflessione necessità di amplificare il segnale da visualizzare amp. vert. ATT. Y Oscilloscopio p.3/52

4 Amplificatori per Oscilloscopi Amplificatori attenuatore alle placche a. differenziali bilanciati; possibilità di sommare tensioni continue (traslazione); necessità di pilotare carico capacitivo; oggi amplificatori integrati; limite superiore di banda. Oscilloscopio p.4/52

5 Stadio d ingresso resistenza: valore standard; capacità: valore tipico (ordine di grandezza); diminuisce ad alte frequenze; si utilizza : possibilità di lavorare in condizioni di adattamento; in ogni caso non è puramente resistiva. Oscilloscopio p.5/52

6 Accoppiamento 1 (AC) 2 (DC) 50 : AC/DC; : gnd (livello di zero, allineamento traccia); :. Oscilloscopio p.6/52

7 Attenuatori ( ) 1M 1M 1M 1M 1M 1M 900k 312p 111k 312p 47p 1.57p 4.525p 500k 990k 4.525p 10.1k 1.57p 270p 1M Oscilloscopio p.7/52

8 Base dei tempi sincronizzazione della scansione orizzonale con il segnale; segnale di trigger; soglia/pendenza (circuito specifico). Oscilloscopio p.8/52

9 Base dei tempi ritardata Necessità di attivare la scansione orizzontale con un certo ritardo (delay) rispetto all evento di trigger. base dei tempi ordinaria (non ritardata) Oscilloscopio p.9/52

10 con una base dei tempi ordinaria : Base dei tempi ritardata il risultato non è utile. Oscilloscopio p.10/52

11 base dei tempi ritardata: Base dei tempi ritardata (trigger) delay rampa ausiliaria trigger scansione orizzontale Oscilloscopio p.11/52

12 con una base dei tempi ritardata: Base dei tempi ritardata si riesce a selezionare l impulso di interesse Oscilloscopio p.12/52

13 Sistemi multitraccia ATT. amp. vert. Y ATT. dal circ. di trigger F.F. T alt. chop. Modalità alternata o chopped Oscilloscopio p.13/52

14 Oscilloscopio analogico: limiti possibilità di lavorare solo con segnali periodici; (assenza di memoria) scarse possibilità di elaborazione del segnale; (elaborazione analogica richiede specifici circuiti)... Oscilloscopio p.14/52

15 Schema di principio: Oscilloscopio numerico (Schumann s folly) attenuazione/amplificazione; campionamento (S/H) e conversione A/D; memorizzazione dei campioni... visualizzazione ATT. ATT. AMPL. S/H AD MEM. AMPL. S/H AD MEM.... DISPLAY Oscilloscopio p.15/52

16 Modalità di scansione Scansione vettoriale MEMORIA DA Y CRT X oscill. contr. Oscilloscopio p.16/52

17 Modalità di scansione Scansione raster Oscilloscopio p.17/52

18 Scansione raster La soluzione... x MEMORIA PROC. NUM. y z DISPLAY Il processore numerico svolge anche altre operazioni Oscilloscopio p.18/52

19 Oscilloscopio Digitale Principali differenze rispetto all O.A. campionamento del segnale; conversione in digitale; memorizzazione; necessità di ricostruire il segnale; Possibilità offerte visualizzazione di segnali non periodici (memoria); tempi negativi ( ); operazioni sui segnali; eventi di trigger più complessi; Oscilloscopio p.19/52

20 Campionamento * Processo di conversione di una porzione (record) di segnale in un numero di valori discreti con lo scopo di memorizzarli, elaborarli, visualizzarli, ecc. * il valore del campione corrisponde all ampiezza del segnale nell istante di campionamento. Oscilloscopio p.20/52

21 Campionamento frequenza di campionamento "passo" temporale (teoricamente) costante quantizzazione del segnale (ADC); elevato minore velocità; elevato maggior costo; in un oscillocopio generalmente : ; Oscilloscopio p.21/52

22 v Rappresentazione dei soli punti acquisiti t Difficoltà a riconoscere la forma d onda: Oscilloscopio p.22/52

23 Alias percettivo alias percettivo (a) xrange [10:0] Gli stessi campioni possono dare luogo a rappresentazioni diverse, dipendentemente (p. es.) dalla scala Oscilloscopio p.23/52

24 Alias e interpolazione v alias percettivo (a) interpolazione lineare t Oscilloscopio p.24/52

25 Alias e interpolazione v interpolazione lineare t Oscilloscopio p.25/52

26 Oscilloscopio p.26/52 Interpolazione formula di Nyquist: media pesata dei campioni funzione peso:

27 ricostruzione in un istante diverso Oscilloscopio p.27/52 Interpolazione

28 l algoritmo di Nyquist è pesante altri algoritmi di interpolazione: Interpolazione è una diversa funzione peso. Oscilloscopio p.28/52

29 Teorema del campionamento camp. : min 2 campioni/periodo onda quadra: min 2 campioni per ogni periodo della max componente spettrale che deve essere correttamente rappresentata (ricostruita). camp. altro algoritmo Oscilloscopio p.29/52

30 Interpolazione Sull oscilloscopio: * (non sempre) possibilità di selezionare: interpolazione lineare eventuale altra interpolazione nessuna interpolazione Intensified Samples: Oscilloscopio p.30/52

31 Memoria dati maggiore profondità profondità grande; memoria ricircolante; memoria veloce; parametro di merito di un oscilloscopio; larghezza MEM campioni PROC NUM MEM video DISPLAY Oscilloscopio p.31/52

32 Campionamento Modalità: * tempo reale segnali anche non periodici * tempo equivalente segnali periodici casuale sequenziale Oscilloscopio p.32/52

33 Campionamento in tempo reale avviene alla massima frequenza di campionamento possibile segnale acquisito continuamente; anche segnali non ripetitivi, transitorii,... l evento di trigger determina l invio al display; Oscilloscopio p.33/52

34 Trigger e visualizzazione campioni acquisiti continuamente: ( = intervallo visualizzato ) visualizzazione per tempi negativi (delay) tr. differenze con o.a. possibilità di visualizzare il segnale prima di una (sua) anomalia istante di trigger indicato sul display (T,,...) Oscilloscopio p.34/52

35 Trigger, campionamento e visualizzazione L istante di trigger generalmente non coincide con un istante di campionamento La frequenza di campionamento non è generalmente multipla di quella del segnale trigger level input signal necessità di misurare il tempo tra il trigger e l istante di campionamento. sampling pulses trigger pulses Oscilloscopio p.35/52

36 Trigger, campionamento e visualizzazione La misura permette di posizionare correttamente i valori del segnale lungo l asse dei tempi. La misura è resa possibile da un segnale di clock a frequenza molto elevata (contatore) elevata migliore risoluzione temporale. Possibilità di jitter o ispessimento della traccia per distanze temporali dello stesso ordine del periodo di clock interpolatore di trigger tr. camp. Oscilloscopio p.36/52

37 Circuiti di campionamento frequenze di campionamento dell ordine del gigahertz ( ) digitalizzatori per (massimo) canali canali digitalizzatori max vel. attivi /canale acquisizione MSa/s GSa/s GSa/s Oscilloscopio p.37/52

38 Circuiti di campionamento Esempio: 4 canali disponibili, 2 canali attivi COND S/H ADC1 ADC2 MEM COND S/H ADC3 ADC4 MEM Oscilloscopio p.38/52

39 Campionamento in tempo reale (riepilogo) avviene alla massima frequenza di campionamento possibile generalmente il segnale viene acquisito continuamente; l evento di trigger determina l invio al display; anche segnali non ripetitivi, transitorii,... necessità di rispettare teor. del campionamento aumento della banda aumento di ($!) Oscilloscopio p.39/52

40 Per segnali ripetivi Campionamento in tempo equivalente Campionamento (ripetitivo) casuale Campionamento (ripetitivo) sequenziale In entrambi i casi i campioni del segnale vengono prelevati in periodi diversi Oscilloscopio p.40/52

41 Conversione a campionamento campioni/periodo periodo apparente:. frequenza apparente: Oscilloscopio p.41/52

42 Conversione a campionamento Oscilloscopio p.42/52

43 Campionamento casuale: clock interno opera in modo asincrono rispetto al trigger campioni acquisiti continuamente e visualizzati secondo la distanza temporale tra campione e trigger frequenza di campionamento non costante modulata in modo aleatorio trama fitta interpolazione generalmente inutile! lungo tempo di acquisizione per segnali lenti! misura del ritardo rispetto all evento di trigger Oscilloscopio p.43/52

44 Campionamento sequenziale campione acquisito con un ritardo noto rispetto all evento di trigger il ritardo aumenta a ogni nuova acquisizione accuratezza nella generazione del ritardo (fino a 10 fs!) Oscilloscopio p.44/52

45 Operazioni sui segnali svolte in modo numerico (via software), autoscale dutycycle,,,..., FFT... medie su acquisizioni (v. osc. analogico)... calibrazione Oscilloscopio p.45/52

46 Modalità di trigger Edge Pulse (glitch) (slew rate) (stays high/low) (width) Oscilloscopio p.46/52

47 Modalità di trigger Logic pattern state setuphold in ck Video: impulso di sincronismo orizzontale o verticale di segnale viedo (PAL, SECAM, NTSC...) Oscilloscopio p.47/52

48 Altre modalità di funzionamento ROLL (per segnali lenti rispetto alla velocità di rinfresco del display) 500 pt Oscilloscopio p.48/52

49 Varie Sonde attive Oscilloscopio su PC (sch. di acquisizione) Sistema operativo su oscilloscopio Oscilloscopi portatili (palmari) Oscilloscopio p.49/52

50 Caratteristiche Scelta banda! (t. reale e t. equivalente) n. canali freq. di campionamento ( profondità di memoria modalità di trigger (no interpol.)) sonda ( ) interfaccia (display, HPIB, ecc.) possibilità di lavorare con segnali digitali Oscilloscopio p.50/52

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