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domenica 27 marzo 2011

Oscilloscopio Digitale

Si differisce da quello analogico principalmente per il modo in cui avviene la memorizzazione del segnale da misurare, cioè si usa una memoria digitale che memorizza i campioni del segnale prelevati attraverso un sistema di acquisizione dati, che utilizza un circuito S/H ed un convertitore A/D. L’operazione di visualizzazione diventa indipendente dalla natura del segnale ed è condizionata solo dalle prestazioni e dalle modalità di acquisizione di campioni. Da ricordare che il DSO opera in tempo reale e equivalente. Il segnale una volta passata la zona verticale è campionato, e viene valutato dall’ADC che genera valori binari, i quali vengono immagazzinati nella memoria,che essendo finita può memorizzare solo porzioni di segnale,la cui scelta viene eseguita con un opportuno segnale di trigger, i dati in memoria vengono utilizzati per ricostruire al forma d’onda sul display dell’DSO. Questa memoria può essere vista come un buffer circolare dove una volta riempita il nuovo campione viene memorizzato nella posizione del primo che viene cosi perso. La sequenza cioè lo start  e l’ end di acquisizione viene comandato dal segnale di trigger, quindi possiamo avere pre-trigger, post-trigger o una combinazione di entrambi.Parlando di trigger possiamo ricordare la modalità PATTERN(configurazione) che fornisce notevoli capacità di selezione della porzione del segnale di interesse. Questa modalità è particolarmente utile con i segnali di tipo digitale. Possiamo dire che il blocco di condizionamento analogico ha come principale funzione quello di normalizzare il segnale analogico di ingresso in modo che il successivo blocco di conversione possa eseguire la conversione A/D nelle migliori condizioni.  Il blocco di conversione A/D esegue la trasformazione del segnale analogico di ingresso in un segnale numerico, per eseguire la trasformazione sono adoperate diverse tecniche la cui scelta dipende da 2 importanti parametri, il N° max di bit richiesto,e la max velocità di conversione. Come abbiamo detto in precedenza  il DSO opera in tempo reale,(un segnale di clock interrompe la conversione , procedendo al campionamento depositando nel buffer i campioni in sequenza. Quando la memorizzazione viene arrestata, in memoria vengono conservati N campioni di durata pari a NTc=N/Fc.  Uno degli esempi di parallelismo piu spinto è stato applicato con modalita one shot(tempo reale) nel quale la frequenza può raggiungere  i 5GS/s, in realtà possono essere acquisiti solo 512 campioni i quali vengono convertiti in 5µs) o in tempo equivalente(nel tempo equivalente lavoriamo con segnali ripetitivi quindi parliamo di campionamento asincrono,infatti se supponiamo di voler analizzare una porzione di segnale di durata T0 utilizzando N campioni, la frequenza di campionamento equivalente F’c=N/T0  mentre la frequenza effettiva Fc =F’c/K). Del blocco della visualizzazione possiamo dire che la visualizzazione del segnale viene fatta sullo schermo di un tubo a raggi catodici con funzionamento vettoriale (semplice tubo a raggi catodici presente in un normale oscilloscopio dove la posizione del fascio elettronico è determinata dalle tensioni applicate a due coppie di placche)o raster(più diffusi, molto simili a quelle di un tubo televisivo,dove lo schermo viene cosiderato come una matrice NxM(pixel) cher emettono luce quando vengono eccitate da un fascio elettronico).
Parlando di accuratezza distinguiamo quella statica riferendoci ad una situazione in cui la tensione di ingresso è costante o varia lentamente rispetto alla max frequenza ammessa dallo strumento,e quella dinamica: incertezza , la distorsione introdotta dalla risposta in frequenza. Il canale Y è caratterizzato da tre blocchi principali: I/O, condizionamento, conversione A/D, mem. Di acquisizione. La mem. Di acquisizione funge da elemento di separazione fra 2 diverse architetture a monte di tipo sigma e a valle di tipo parallelo. Le principali caratteristiche metrologiche sono:. Banda Passante è un parametro che caratterizza l’oscilloscopio. Spesso vengono indicate 2 bande una per il tempo reale e uno per quello equivalente. Bisogne ricordare che la banda passante BW coincide con la frequenza di taglio superiore Ft con un riferimento di attenuazione di -3dB quindi possiamo scrivere 20 log(base 10) Vv/Vi=-3dB  da cui ottengo Vv=0.7Vi cioè la tensione visualizzata sullo schermo presenta una diminuzione del 30% rispetto a quella di ingresso.  Un altro parametro importante è il tempo di salita Ts che in un sistema del primo ordine è esprimibile con Bw Ts =0,35, allora se aumenta Bw. Inoltre se un segnale a onda quadra con Ts=Tss viene inviato ad un DSO con Ts=Ts0 allora Tsv^2=Tso^2+Tss^2 cioè sullo schermo viene visualizzata una forma d’onda con tempo di salita Tsv. Se il Ts è noto allora è possibile determinare il minimo Ts del segnale in ingresso che può essere misurato con un’incertezza minore di ρ%.

OZZY