Post on 15-Feb-2019
transcript
Oscilloscopio
Oscilloscopio Analogico:- rappresentazione di � ��� �
;
- il segnale � �� �
è inviato alle p.d.v.;
- “lavora” alla velocità del segnale;
- evento di trigger, riferimento temporale;
- segnali periodici (o ripetitivi).
- limitate capacità di elaborazione;
Oscilloscopio – p.1/45
Oscilloscopio
filamento
catodo
griglia defl. vert.
defl. orizz.
schermo
aquadag
acceler.fuoco
1 (AC)2 (DC)
��� ���
� �� �
ATT. Y
amp. vert.
Oscilloscopio – p.2/45
Oscilloscopio numerico
(Schumann’s folly)Schema di principio:
- attenuazione/amplificazione;
- campionamento (S/H) e conversione A/D;
- memorizzazione dei campioni
- ...
- visualizzazione
AMPL. A-D MEM.S/HATT.
AMPL. A-D MEM.S/HATT. DIS
PLA
Y
. . .
Oscilloscopio – p.3/45
Modalità di scansione
Scansione vettoriale
Y
X
MEMORIA
oscill. contr.
CRTD-A
������
Oscilloscopio – p.4/45
Modalità di scansione
Scansione raster
��
�
Oscilloscopio – p.5/45
Scansione raster
La soluzione . . .
xyz
MEMORIA PROC. NUM. DISPLAY
Il processore numerico svolge anche altre operazioni
Oscilloscopio – p.6/45
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.7/45
Campionamento
* Processo di conversione di una porzione (record) disegnale in un numero di valori discreti con lo scopo dimemorizzarli, elaborarli, visualizzarli, ecc.
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
* il valore del campione corrisponde all’ampiezza delsegnale nell’istante di campionamento.
Oscilloscopio – p.8/45
Campionamento
- frequenza di campionamento
���
- "passo" temporale
�� � �� (teoricamente) costante
- quantizzazione del segnale (ADC);
�- � elevato � minore velocità;
- � elevato � maggior costo;
- in un oscillocopio generalmente � �
: � ��� � ��� � �
;
Oscilloscopio – p.9/45
Dithering
Tecnica per accrescere la risoluzione
���
��� � � �
�� ��� �� � � �
�
�
� � � � �
tensione costante:
� � � ��� � � � ADC � ���
� ��� � � � � � � ��� �
,
� ��� �
: d.d.p. uniforme su��� � ��� � � �
Oscilloscopio – p.10/45
Dithering
� ��� �
p.es. onda triangolare (segnale deterministico)
������
��� � � �
�
��
��
�
��
� � �
� ��� � � ADC � ��� aspettazione:
� � � �
Oscilloscopio – p.11/45
Dithering
������
��� � � �
�
��
��
�
��
� � �
����� ��� �� �� � � � �
� � � �
� � �
�� �� � � � �� � � � � � �
� �� � � �
��
����� ��� �� � � � �
�� � �
Oscilloscopio – p.12/45
Dithering
� � � � � ��� � ��� � � � � � �� ��� � ��� � �� � � � � � �� �� �
� � �
Detto
� � � � � � � �� �
� � si ottiene
� � � �� � � � � � � ��
��� �
�� � � �
�
��
��
�
��
� � �
� � � � �
Oscilloscopio – p.13/45
� � � � � � �
misurato
n. bit equivalenti:
� � �
e oltre.
Oscilloscopio – p.14/45
Rappresentazione dei soli punti acquisiti
t
v
�
Difficoltà a riconoscere la forma d’onda:
Oscilloscopio – p.15/45
Alias percettivo
alias percettivo (a) - xrange [-10:0]
Gli stessi campioni possono dare luogo a rappresentazioni
“diverse”, dipendentemente (p. es.) dalla scalaOscilloscopio – p.16/45
Alias e interpolazione
alias percettivo (a) - interpolazione lineare
t
v
interpolazione lineare
Oscilloscopio – p.17/45
Alias e interpolazione
t
v
interpolazione lineare
Oscilloscopio – p.18/45
Interpolazioneformula di Nyquist:
� ��� � �� � � �
� �� �� �
� ��
���� � �
���� � �
media pesata dei campionifunzione peso:
Oscilloscopio – p.19/45
Interpolazione
- l’algoritmo di Nyquist è pesante
- altri algoritmi di interpolazione:
� ��� � �� � � �
� �� �� � � � ��� � ��� � � �
� ��� � �� � � �
è una diversa funzione “peso”.
Oscilloscopio – p.20/45
Teorema del campionamento
�� � � ��� �� � � ��� � � camp. � � � � ��� �
� � � ��� �
- � ��� � � � � �� �� � �
: min 2 campioni/periodo
- onda quadra: min 2 campioni per ogni periodo dellamax componente spettrale che deve esserecorrettamente rappresentata (ricostruita).
� ��� � � camp. � altroalgoritmo � � � ��� �
�� � � � �� ��� � �
- qualità della ricostruzione dipendente dalla forma delsegnale
Oscilloscopio – p.21/45
Interpolazione
Sull’oscilloscopio:* possibilità di selezionare:
- interpolazione lineare
- eventuale altra interpolazione
- nessuna interpolazione
- Intensified Samples:
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
Oscilloscopio – p.22/45
Memoria dati
�
�
larghezza
prof
ondi
tà1 0 1 1 0 1 0 01 0 1 0 0 1 0 1
� ��
� ��
��
� � �
- maggiore profondità � �
grande;
- memoria ricircolante;
- memoria veloce;
- parametro di merito di unoscilloscopio;
MEMcampioni
PROCNUM video
MEMDISPLAY
Oscilloscopio – p.23/45
Campionamento
Modalità:
* tempo reale
segnali anche non periodici
* tempo equivalente
segnali periodici- casuale- sequenziale
Oscilloscopio – p.24/45
Campionamento in tempo reale
- avviene alla massima frequenza di campionamentopossibile
- segnale acquisito continuamente;
- anche segnali non ripetitivi, transitorii, ...
- l’evento di trigger determina l’invio al display;
Oscilloscopio – p.25/45
Trigger e visualizzazione
campioni acquisiti continuamente:
�
�
�
tr. �
- visualizzazione per tempinegativi (delay)
- differenze con o.a.
- possibilità di visualizzareil segnale prima di una(sua) anomalia
- istante di trigger indicatosul display (T,
�
, ...)
Oscilloscopio – p.26/45
Trigger, campionamento e visualizzazione
- L’istante di triggergeneralmente noncoincide con un istantedi campionamento
- La frequenza dicampionamento non ègeneralmente multipladi quella del segnale
�
- necessità di misurareil tempo tra il triggere l’istante di campiona-mento.
sampling pulses
trigger pulses
trigger level
input signal
Oscilloscopio – p.27/45
Trigger, campionamento e visualizzazione
- La misura permette di posizionare correttamente i valoridel segnale lungo l’asse dei tempi.
- La misura è resa possibile da un segnale di clock afrequenza molto elevata (contatore)
�
elevata � migliore risoluzione temporale.
- Possibilità di jitter o ispessimento della traccia perdistanze temporali dello stesso ordine del periodo diclock �
interpolatore di trigger
tr. camp.
� �� � � � � � �
� �
� � �
Oscilloscopio – p.28/45
Circuiti di campionamento
- frequenze di campionamento dell’ordine del gigahertz(
� � � �� � � � � � � � �� � � � ��� � � ��� �)
- � digitalizzatori per (massimo) � canali
�
canali digitalizzatori max vel.
attivi /canale acquisizione
4 1 500 MSa/s
2 2 1 GSa/s
1 4 2 GSa/s
Oscilloscopio – p.29/45
Circuiti di campionamento
Esempio: 4 canali disponibili, 2 canali attivi
ADC1
ADC2
MEMCOND
S/H
� � �� �
MEMCOND
S/H
� � �� �
ADC4
ADC3
Oscilloscopio – p.30/45
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.31/45
Campionamento in tempo equivalente
Per segnali ripetivi
� Campionamento (ripetitivo) casuale
� Campionamento (ripetitivo) sequenziale
In entrambi i casi i campioni del segnale vengono prelevatiin periodi diversi
�
� ��
� � �
Oscilloscopio – p.32/45
Conversione a campionamento
� �� � � � �
�� � � �
��
� � � ��
�
��
� �� � � �� � � �
� � �� � � � � � � � � �
� campioni/periodo
periodo apparente:
� � � � � �� � � � � � � � �
.
frequenza apparente:
� � ��
� �
�
�� � � � � � � �
� �� � � � � � � � � �
� �
Oscilloscopio – p.33/45
Conversione a campionamento
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
Oscilloscopio – p.34/45
Campionamento casuale:
� clock interno opera in modo asincrono rispetto al trigger
� campioni acquisiti continuamente e visualizzati secondola 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.35/45
Campionamento sequenziale
� campione acquisito con un ritardo noto rispettoall’evento di trigger
� ritardo accresciuto a ogni nuova acquisizione
� ���� � �� � �� � �
� ���� � �� � �� � � � � ��
��� � � � � � ��� � � � � � � � � � � � � �
��� ����
���� ��
�� ���� � ��� ����
� ��� ��
�� � � � � � �
� accuratezza nella generazione del ritardo (fino a 10 fs!)
Oscilloscopio – p.36/45
Operazioni sui segnali
� svolte in modo numerico (via software)
-
�
,
��� � � ��� � � autoscale
-
� � ��� � � � � � � �� � , ...
- duty-cycle,
��
,
-
� � � � � � �� � ��
, FFT ...
- medie su � acquisizioni (v. osc. analogico)
- ...
- calibrazione
Oscilloscopio – p.37/45
Modalità di trigger
- Edge
- Pulse
�
(glitch)
(slew rate)
�
(stays high/low)
(width)
Oscilloscopio – p.38/45
Modalità di trigger
- Logic- pattern
- state
- setup-hold
ckin
- Video: impulso di sincronismo orizzontale o verticale disegnale viedo (PAL, SECAM, NTSC ...)
Oscilloscopio – p.39/45
Altre modalità di funzionamento
- ROLL (per segnali lenti rispetto alla velocità di rinfrescodel display)
� �
��
500
pt
Oscilloscopio – p.40/45
Varie
� Sonde attive
� Oscilloscopio su PC (sch. di acquisizione)
� Sistema operativo su oscilloscopio
� Oscilloscopi portatili (palmari)
Oscilloscopio – p.41/45
Caratteristiche
Scelta- banda ! (t. reale e t. equivalente)
- n. canali
- freq. di campionamento (
� � � � �� � � � � � � � (nointerpol.))
- profondità di memoria
- modalità di trigger
- sonda (
� � � �
)
- interfaccia (display, HPIB, ecc.)
- possibilità di lavorare con segnali digitali
Oscilloscopio – p.42/45
In laboratorio
- compensazione sonda
- misure su segnali prodotti con g.f.o.
- trigger ed effetti soglia
- segnali lenti
- risoluzione verticale
- sweep (gen. forme d’onda)
- traslazione traccia
- . . . osc. analogico
Oscilloscopio – p.43/45
��� ���� � � � � � � � �� � ��� � �� � � � � � � � �� � ��� � �� � �� � �� �
� � �� � �� � �� � � �! � �" � #$ %
&�' ( )+* , )- . /10 2 ) & 3 45 67 8 /9 :; 5 4 < 3
=5 67 8 /9 :; 5 4 < 3
� � �� � � � �> � � ! �> � � ! � � � #? %
� �@ A �� � � � � �B � � �� � �� � � �� � � #? %
6 ' C ,ED FD G' D H I�J K' - J 45 5 6 L' M G , (- J K I�J ' NJ )PO : 5 5 6 L' M G J ' Q . Q . ' ( (J I
RES F , N' I�J ( - G' D H I�J K' - J 4UT V W L+' M G
XJ K- , Q' I KJ GY I F - , Y ( Z [ ,- G
6 ' C ,ED FD D J D Y K\ )�J H- . : 4 V ] , I Y [\ - J G M Q . ' ( ( J I
< NJ K' ^J 4O =O ZO :; O 2 4O ; =O : 4 ZO 4 V; / GJ I�J Q- ' [ I�J 3
_� ` � � �� � �+a � �� bB � � �� � �� � � �� � � #? %
< ( ' I Y ^ Q . ' ( (J I G 4O G ,D F I- ' (J Y F G ' QS F , G ,- , Y (
L , ( ^ I�J G . Y - [' ( )+* , )- . 45 67 8 /9 :; 5 4 < 3
=5 67 8 /9 :; 5 4 < 3
XJ K- , Q' I GJ ( G ,- , N ,- \ V D X M ) , N - Y : 5 5 D X M ) , N / :�c : G Q Y HJ H KY [J 3
V5 D X M ) , N - Y : ] X M ) , N / : 5 c : G Q Y HJ H KY [J 3
V5 5 D X M ) , N - Y : 5 ] X M ) , N / : 5 5 c : G Q Y HJ H KY [J 3
d ( H F- d D HJ ) ' ( QJ : 6 e f g 45 H h
i Y F H I , ( ^ < iO j iO Wk j
l KY [J G 9 : V; 5 0 ; 5 5 5 :�c V5 5 6 7 m :�c : H' G G , NJ H KY [J
9 : V; : 0 ; 5 5 5 :�c V5 5 6 7 m : 5 c : H' G G , NJ H KY [J
l KY [J ' - - ( T n' Q- Y K : CO : 5 CO : 5 5 C
k Y , GJ HJ ' ]0 - Y 0 HJ ' ] 2 o Y n n F I I G Q' I�J Y K V D XO * . , Q .�J NJ K , G ^ KJ ' - J K
L , ( ^ I�J Q F K GY K ' Q Q F K' Q \ = o n F I I G Q' I�J
j F ' I Q F K GY K ' Q Q F K' Q \ = o n F I I G Q' I�J
Oscilloscopio – p.44/45
��� � ��� � � � � � � �� �
��� �� � � � � � �� � � � ��� � ! "# �$ % &
" � � � �� � � � ��� � ! "# �' % &
( � ) �* +� �� � -, + �/. � +� � � � + & " � �� �� �� � � �
( � ) �* +� �� � -, � � �. � +� � � � + & " � � � �� �� �� � � �
0 � � � � 0 �� �21 34 1 ��� ) )
5 � ��6 6 � � � � � �� �
7 � 8 + 9 � :; � � � � ) " � � � :; � � � � ) $
7 � ) � 9 �� � � � <� � �1 , 8 ) � � =� � �; 1 , � � � � + �21 �� � � �
>? @ % ) ) �, � 9� A 9 � �� � � � � + � =� + +� � � ��CB �, � 9� A 9 � �� � � � � + � �� )� � � D � � + � E � . F� � 8 � � =� + F . 8 , , � +� � �
� � � =� �;� � GH IJ : D +� F A + F =� + � 9� )� K +� �� � � � � F , � +� � 8 + �
>L @ % ) ) 9; � +� 9 � � +� � �� 9 � � + � �* ,� 9� ) , � + D� + F � � 9 � �� ) 8 � � � � � + � � � � =� + +� � � ��CB �, � 9� A 9 � �� � � � � + �
�� )� � � D � � + � E � . F� � 8 � � =� + F . 8 , , � +� � � � � � =� �; � � GH I J : D +� F A + F =� + � 9 � )� K +� �� � � � � F , � +� � 8 + �
Oscilloscopio – p.45/45