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Indice unità 5
Struttura dello strumentoModalità di campionamentoModalità di triggerPresentazioneProblemi di ricostruzione del segnalePrestazioni
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Oscilloscopi numerici
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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.)
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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
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Aspetto tipico di un DSO
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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:
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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
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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
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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)
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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
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Struttura dello strumento
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Schermo di un DSO
AREA GRAFICAAREEINFORMAZIONI E MENU
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Oscilloscopi numerici
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Indice
Campionamento in tempo realeCampionamento di segnale ripetitivoCampionamento sequenzialeCampionamento casualeConsiderazioni sulla rappresentazioneConvertitori A/D
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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
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Modalità di campionamento
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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)
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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
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Modalità di campionamento
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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
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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
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Campionamento per segnale ripetitivo
Campionamento sequenziale
Campionamento asincrono o casuale (random)
Modalità di campionamento
35
Modalità di campionamento
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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
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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
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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)
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Campionamento sequenziale 4/4
Vantaggi:convertitore A/D lento meno costosoconvertitore A/D accurato
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Modalità di campionamento
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Oscilloscopi numerici
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Indice
Modalità di trigger nei DSOTrigger nell’acquisizione real timeTrigger nei segnali ripetitiviCondizioni di trigger
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Modalità di trigger
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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
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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
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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
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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
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Modalità di trigger
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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
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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
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Modalità di trigger
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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
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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
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Modalità di trigger
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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
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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)
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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
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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
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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
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Oscilloscopi numerici
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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)
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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
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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)
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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
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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
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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:
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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