Oscilloscopio (Analogico)
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- Uberto Sassi
- 5 anni fa
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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.1/65
2 Tubo a r. c. filamento catodo griglia fuoco acceler. defl. vert. defl. orizz. aquadag schermo (anche altri tipi di display) schermo Oscilloscopio p.2/65
3 Deflessione necessità di amplificare il segnale da visualizzare amp. vert. ATT. Y Oscilloscopio p.3/65
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.4/65
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.5/65
6 Accoppiamento 1 (AC) 2 (DC) 50 : AC/DC; : gnd (livello di zero, allineamento traccia); :. Oscilloscopio p.6/65
7 Attenuatori ( ) 1M 1M 1M 1M 1M 1M 900k 3-12p 111k 3-12p 47p 1.5-7p p 500k 990k p 10.1k 1.5-7p 270p 1M Oscilloscopio p.7/65
8 Base dei tempi sincronizzazione della scansione orizzonale con il segnale; segnale di trigger; soglia/pendenza (circuito specifico). Oscilloscopio p.8/65
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.9/65
10 Base dei tempi ritardata con una base dei tempi ordinaria : il risultato non è utile. Oscilloscopio p.10/65
11 base dei tempi ritardata: Base dei tempi ritardata (trigger) delay rampa ausiliaria trigger scansione orizzontale Oscilloscopio p.11/65
12 Base dei tempi ritardata con una base dei tempi ritardata: si riesce a selezionare l impulso di interesse Oscilloscopio p.12/65
13 Sistemi multitraccia ATT. amp. vert. Y ATT. dal circ. di trigger F.F. T alt. chop. Modalità alternata o chopped Oscilloscopio p.13/65
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.14/65
15 Oscilloscopio numerico (Schumann s folly) Schema di principio: - attenuazione/amplificazione; - campionamento (S/H) e conversione A/D; - memorizzazione dei campioni visualizzazione ATT. ATT. AMPL. S/H A-D MEM. AMPL. S/H A-D MEM.... DISPLAY Oscilloscopio p.15/65
16 Modalità di scansione Scansione vettoriale MEMORIA D-A Y CRT X oscill. contr. Oscilloscopio p.16/65
17 Modalità di scansione Scansione raster Oscilloscopio p.17/65
18 Scansione raster La soluzione... x MEMORIA PROC. NUM. y z DISPLAY Il processore numerico svolge anche altre operazioni Oscilloscopio p.18/65
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.19/65
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.20/65
21 Campionamento - frequenza di campionamento - "passo" temporale - quantizzazione del segnale (ADC); (teoricamente) costante - elevato minore velocità; - elevato maggior costo; - in un oscillocopio generalmente : ; Oscilloscopio p.21/65
22 Rappresentazione dei soli punti acquisiti v Difficoltà a riconoscere la forma d onda: t Oscilloscopio p.22/65
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.23/65
24 Alias e interpolazione v alias percettivo (a) - interpolazione lineare t Oscilloscopio p.24/65
25 Alias e interpolazione v interpolazione lineare t Oscilloscopio p.25/65
26 Oscilloscopio p.26/65 Interpolazione formula di Nyquist: media pesata dei campioni funzione peso:
27 ricostruzione in un istante diverso Oscilloscopio p.27/65 Interpolazione
28 Interpolazione - l algoritmo di Nyquist è pesante - altri algoritmi di interpolazione: è una diversa funzione peso. Oscilloscopio p.28/65
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.29/65
30 Interpolazione Sull oscilloscopio: * (non sempre) possibilità di selezionare: - interpolazione lineare - eventuale altra interpolazione - nessuna interpolazione - Intensified Samples: Oscilloscopio p.30/65
31 Memoria dati profondità maggiore profondità grande; - memoria ricircolante; - memoria veloce; larghezza - parametro di merito di un oscilloscopio; MEM campioni PROC NUM MEM video DISPLAY Oscilloscopio p.31/65
32 Campionamento Modalità: * tempo reale segnali anche non periodici * tempo equivalente segnali periodici - casuale - sequenziale Oscilloscopio p.32/65
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.33/65
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.34/65
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.35/65
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.36/65
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.37/65
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.38/65
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.39/65
40 Campionamento in tempo equivalente Per segnali ripetivi Campionamento (ripetitivo) casuale Campionamento (ripetitivo) sequenziale In entrambi i casi i campioni del segnale vengono prelevati in periodi diversi Oscilloscopio p.40/65
41 Conversione a campionamento campioni/periodo periodo apparente:. frequenza apparente: Oscilloscopio p.41/65
42 Conversione a campionamento Oscilloscopio p.42/65
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.43/65
44 Campionamento sequenziale campione acquisito con un ritardo noto rispetto all evento di trigger ritardo accresciuto a ogni nuova acquisizione accuratezza nella generazione del ritardo (fino a 10 fs!) Oscilloscopio p.44/65
45 Operazioni sui segnali -, - svolte in modo numerico (via software) - duty-cycle, - - medie su calibrazione,...,, FFT... autoscale acquisizioni (v. osc. analogico) Oscilloscopio p.45/65
46 Modalità di trigger - Edge - Pulse (glitch) (slew rate) (stays high/low) (width) Oscilloscopio p.46/65
47 Modalità di trigger - Logic - pattern - state - setup-hold in ck - Video: impulso di sincronismo orizzontale o verticale di segnale video (PAL, SECAM, NTSC...) Oscilloscopio p.47/65
48 Altre modalità di funzionamento - ROLL (per segnali lenti rispetto alla velocità di rinfresco del display) 500 pt Oscilloscopio p.48/65
49 Varie Sonde attive Oscilloscopio su PC (sch. di acquisizione) Sistema operativo su oscilloscopio Oscilloscopi portatili (palmari) Oscilloscopio p.49/65
50 Caratteristiche Scelta - banda! (t. reale e t. equivalente) - n. canali - freq. di campionamento ( interpol.)) - profondità di memoria - modalità di trigger - sonda ( ) - interfaccia (display, HPIB, ecc.) - possibilità di lavorare con segnali digitali (no Oscilloscopio p.50/65
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53 Oscilloscopio p.53/65 Dithering Tecnica per accrescere la risoluzione ADC tensione costante:, : d.d.p. uniforme su
54 Dithering p.es. onda triangolare (segnale deterministico) ADC aspettazione: Oscilloscopio p.54/65
55 Oscilloscopio p.55/65 Dithering
56 Dithering Detto si ottiene Oscilloscopio p.56/65
57 n. bit equivalenti: misurato e oltre. Oscilloscopio p.57/65
58 In laboratorio compensazione della sonda misure su segnali prodotti con g.f.o. trigger ed effetti soglia segnali lenti risoluzione verticale sweep (gen. forme d onda) traslazione della traccia... oscilloscopio analogico Misure con l scilloscopio p.58/65
59 Compensazione della sonda Collegare la sonda dal canale 1 al segnale di calibrazione sul pannello frontale dell oscilloscopio. Premere autoscale. Usare un cacciaviti per regolare la capacità di compensazione sulla sonda in modo da ottenere sullo schermo l andamento corretto. Nel dominio del tempo: sovracompensazione compensazione sottocompensazione Misure con l scilloscopio p.59/65
60 Misure su segnali Produrre un segnale sinusoidale (, e misurarne le caratteristiche mediante l oscilloscopio; eliminare eventuali discrepanze tra valore atteso e valore misurato dall oscilloscopio. Agire sui comandi di autoscale, sensibilità verticale, base dei tempi, posizione verticale e orizzontale e osservare l effetto sullo schermo. Visualizzare un segnale (p. es.) sinusoidale e verificare la risoluzione ottenibile nella misura di ampiezza con diversi fattori di sensibilità verticale: - -,,, scala, scala ; ; ) Misure con l scilloscopio p.60/65
61 Trigger Visualizzare un segnale qualsiasi e osservare la posizione dell istante di trigger al centro dello schermo. Produrre un segnale sinusoidale (, e osservare le variazioni nella sua rappresentazione dovute a modifiche di livello/pendenza del trigger. c.s. con segnale a onda quadra. c.s. con segnale cardiaco (, ( SHIFT Arb List, >, >... ENTER ).... o con segnale ( SHIFT Arb List, >, >... ENTER ). ) Misure con l scilloscopio p.61/65
62 Segnali lenti - modalità roll La modalità roll permette di osservare variazioni dinamiche (frequenza, ampiezza, ecc.) su segnali a bassa frequenza (calibrazioni, tarature, ecc.). Produrre un segnale sinusoidale a bassissima frequenza ( ), agire sul comando di regolazione dell ampiezza (o della frequenza), variandola. Osservare l effetto sullo schermo sia in modalità normale, sia in modalità roll. Misure con l scilloscopio p.62/65
63 Trigger esterno In alcune situazioni non si ottiene una visualizzazione corretta generando il segnale di trigger con le usuali modalità a partire dal segnale in ingresso: (più di un attraversamento della soglia (qualsiasi valore!) nel corso del periodo). Produrre un segnale sinusoidale con frequenza modulata linearmente nel tempo da a (3 decadi) in : visualizzare il segnale generando il trigger a partire dal segnale stesso, oppure prelevando il trigger (esterno) dall uscita sync del generatore di forme d onda. Misure con l scilloscopio p.63/65
64 Mod. di frequenza Shift Sweep Shift < V Enter selezionare forma e ampiezza della forma d onda attivare modo scansione 1: START F Hz (salva modifica) Shift < > 1: START F V khz Enter (salva modifica) Shift < > > Shift < > > > 3: SWP TIME 4: SWP MODE 2: STOP F Misure con l scilloscopio p.64/65
65 Figure di Lissajous Applicare in ingresso a una squadra passa basso un segnale sinusoidale ( ) di frequenza tale da osservare, tra ingresso e uscita, uno sfasamento apprezzabile, ma senza che l attenuazione sia eccessiva ( Visualizzare i segnali in funzione del tempo e in modalità ; in modalità osservare l effetto di una variazione della frequenza di lavoro (e quindi dello sfasamento e del rapporto tra le ampiezze). ). Misure con l scilloscopio p.65/65
Oscilloscopio Analogico: - rappresentazione di ;
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