Appunti Misure elettriche ed elettroniche

Descrizione dei comparatori e del circuito digitale

<VVSe , tutti i comparatori hanno sull’ingresso non invertente una tensione minore della tensione sull’ingressoCH 1 1 >VVinvertente, quindi hanno tutti uscita . Se , il comparatore in basso cambia stato perche’ la tensione0 CH 1 1sull’ingresso non invertente è maggiore di quella sull’ingresso invertente, quindi ha in uscita . Fino al caso in cui1>VV Ve quindi ho tutti 1. Questa tipologia di uscita si chiama “a perché maggiore è , maggiore ètermometro”,¿ CH7 1la colonna di che trovo dopo i comparatori, prima di avere tutti .1 0 , in uscita ha , ecc. Questi sonoIl è un circuito digitale che se in ingresso ha il codice 0000000 000decoder Descrive il codice digitale che si ha all’uscita del convertitore.l’equivalente in binario del livello di quantizzazione.I comparatori sono circuiti molto veloci, quindi al variare del segnale d’ingresso cambia istantaneamente il valore cheho in uscita.

Partendo dalla massima frequenza a cui il convertitore può andare, l'inverso è il tempo minimo di campionamento. Se per esempio ha un nanosecondo di tempo di campionamento, questo deve far sì che il valore del segnale a 1 V cambi, ma anche che la colonna degli ingressi rimanga costante, perché se all'interno di quel nanosecondo il segnale a 1 CH cambia, posso influenzare l'uscita che ci darà il decoder. All'interno del periodo di campionamento, il segnale deve rimanere costante, in modo da non avere problemi ad effettuare la conversione. Per fare ciò, il più semplice è utilizzare un circuito di sample/hold, dove all'istante di campionamento si chiude immediatamente un interruttore, si carica il condensatore e questo manterrà il valore costante. Chiaramente bisognerebbe far sì che il circuito veda sempre un'impedenza infinita. Ovviamente il segnale in uscita al sample/hold non può essere cambiato.è uguale a quello di ingresso, ma poco importa perché anche se il segnale che converto è un gradino e non più una sinusoide, in ogni caso non potrei lavorare con segnali più piccoli. Interleaved Sampling CH CH Se utilizzo tutti e 4 i canali, allora questi saranno selezionati in modo che al va , al va ecc. Ogni canale1 1 2 2GS/sviene campionato a .1 Se utilizzo un solo canale però ho sempre convertitori, quindi vengono comunque sfruttate le potenzialità di tutti e 4 i convertitori, mandando lo stesso ingresso a tutti e gli ADC.4 4 In realtà però ad ogni convertitore gli ingressi vengono mandati traslati, quindi ognuno di essi fornisce il suo campione. Si prende un campione da ognuno e si riparte dal primo. Li si fa lavorare tutti, e invece di avere canali da 4GHz GHzè come se ne avessi uno da .1 4 Non è solo la frequenza di campionamento che limita il segnale da campionare, ma è la banda. Memoria di

L'oscilloscopio campiona e converte il segnale in digitale salvando i dati in memoria in maniera continuativa nel tempo. Nel momento in cui avviene l'evento di trigger si ha la vera e propria acquisizione. L'oscilloscopio continua a campionare per un certo tempo, dopodiché i campioni in memoria vengono prelevati dal microprocessore ed elaborati al fine della visualizzazione sul display.

La memoria di acquisizione degli oscilloscopi è di tipo "circolare". Ipotizziamo di avere una memoria di acquisizione con N campioni. Lo strumento acquisisce e converte continuamente il segnale in ingresso, con una capacità totale di N+1 campioni.

Pertanto, una volta riempita la memoria con N campioni, il nuovo campione acquisito verrà memorizzato nella posizione occupata dal primo campione, che viene così perso, e così via. In altre parole, alla fine di ogni ciclo, nella memoria sono sempre conservati gli N campioni acquisiti.

• ultimi =1/ff
• TSe l'oscilloscopio ha una frequenza di campionamento l'intervallo tra due campioni successivi sarà .s
• S s=NT ∙ TQuesto significa che per riempire la memoria sarà necessario un tempo pari a .M s
• Bisogna però considerare che l'istante di trigger è un evento completamente asincrono rispetto agli istanti di campionamento dello strumento.t N
• Supponiamo che all'istante nel quale si verifica un evento di trigger, nella memoria siano già conservati gli ultimi 0 campioni acquisiti in precedenza. Lo strumento può essere predisposto in modo che la memorizzazione si arresti K dopo campioni dall'istante in cui si è verificato il trigger. Quando la memorizzazione viene arrestata, sono quindi K N-M K conservati campioni acquisiti dopo l'evento di trigger e campioni acquisiti prima. Il parametro può essere opportunamente selezionato dall'utente.
• Campionamento in tempo reale
• La maggior parte

degli oscilloscopi digitali utilizzano la strategia di campionamento detta in tempo reale Single-Shot. In questa modalità di campionamento la forma d'onda visualizzata è il risultato dell'elaborazione dei campioni del segnale registrati in una singola acquisizione (singola sequenza di campionamento, conversione analogico-digitale e salvataggio dati in memoria in corrispondenza ad un singolo evento di trigger).

L'oscilloscopio campiona il segnale di ingresso, depositando in sequenza nella memoria circolare di acquisizione i campioni numerici ottenuti. L'evento di trigger influisce sull'attività di memorizzazione con modalità diverse, che possono essere scelte dall'operatore. In ogni caso, quando la memorizzazione viene arrestata, in memoria sono conservati campioni ottenuti in sequenza dal campionamento di una porzione del segnale di ingresso di durata NT ∙ T pari a M s.

Il problema di questa strategia è il fatto che

lo strumento ha un certo tempo di campionamento minimo, dato dall'ADC, che può essere piccolo, ma comunque c'è. Quindi se non scelgo in modo accurato la frequenza di campionamento posso ottenere il fenomeno dell'aliasing. La frequenza di campionamento deve essere la più alta ammissibile in modo da massimizzare il numero di campioni salvati in memoria. Deve inoltre essere sempre rispettata la condizione del Teorema di Shannon-Nyquist al fine di evitare il fenomeno non voluto dell'aliasing.

Secondo il teorema di Shannon-Nyquist un segnale campionato può essere ricostruito fedelmente a patto che:

• Il segnale abbia una banda limitata superiormente al valore B
• La frequenza di campionamento sia almeno pari a due volte la banda del segnale: f ≥ 2B
• Si disponga di un numero infinito di campioni su cui memorizzare il segnale campionato.

Nella pratica si

Dispone di una memoria limitata ad un certo numero di campioni, di conseguenza non è possibile ricostruire fedelmente il segnale quando ci si trova nella condizione limite dettata dal teorema di Shannon, ovvero 2f ∙ B .

Camp segnale f ≥ ∙ B10

Normalmente gli oscilloscopi digitali richiedono che camp segnale ≤ 10f ∙ B

Questo è il motivo per cui solitamente negli oscilloscopi digitali di fascia intermedia vale la seguente relazione tra camp segnale ≤ 10f ∙ B

Negli oscilloscopi, per altissime frequenze dove la frequenza di campionamento e banda analogica: camp A 3banda analogica è particolarmente elevata, non è sempre possibile garantire un fattore tra banda analogica e 10 – frequenza di campionamento, per limiti fisici dei convertitori ADC, ma si garantisce almeno un fattore .4 5

Inoltre, è importante notare che la frequenza di campionamento determina la massima velocità di un segnale che può essere fedelmente ricostruito. B (Dipende dalla velocità di può essere fedelmente ricostruito.

Si può quindi definire una Banda Real Time (RT) l'acquisizione dell'ADC e della memoria, ed è una frazione della frequenza di campionamento). Campionamento in tempo equivalente Questa seconda strategia di campionamento detta in (o è una tecnica di tempo equivalente ripetitivo) campionamento che permette di riprodurre una versione della forma d'onda non affetta da aliasing anche quando la frequenza di campionamento è più piccola della banda del segnale. La forma d'onda mostrata sul display è il risultato dell'elaborazione di diverse acquisizioni successive del segnale. Così facendo si riesce a ricostruire fedelmente il segnale anche se il teorema di Shannon non è soddisfatto. Per fare questo il segnale da visualizzare deve essere un segnale periodico. Questo comporta che eventi singoli (come risposte al gradino, fenomeni transitori, impulsi, etc.) non possono essere visualizzati in questa modalità di utilizzo, madevono necessariamente essere visualizzati in modalità in tempo reale. Questo tipo di campionamento ricostruisce la rappresentazione di un segnale ripetitivo, catturando solo una specifica "porzione" di informazione ad ogni acquisizione, che poi si ripeterà per acquisire un'altra porzione di segnale e così via. La forma d'onda si va quindi ricostruendo un passo per volta. Questo processo permette all'oscilloscopio di catturare con precisione dei segnali con delle componenti di frequenza di valore molto più elevato della frequenza di campionamento dell'oscilloscopio. Invece di campionare tutto il periodo e visualizzarlo, prende un campione quando avviene il trigger, aspetta il trigger successivo e tra un istante di trigger e il successivo passa il periodo del segnale. Non prende il campione esattamente nel momento di trigger, ma aspetta un certo tempo ΔT. Con questa strategia si hanno periodi, vengono campionati tutti e edassiali sono progettati per garantire una buona protezione contro le interferenze elettromagnetiche. Le sonde di tensione sono dotate di un connettore che si collega all'oscilloscopio e di una punta che viene collegata al punto di misura. La punta è dotata di un'impedenza di ingresso molto alta, in modo da non influenzare il circuito che si sta misurando. Le sonde di tensione possono essere selezionate in base alla gamma di tensione che si desidera misurare. Ad esempio, ci sono sonde per misurare tensioni fino a 100V, 500V o anche 1000V. Le sonde di tensione possono anche essere dotate di un'opzione di attenuazione, che consente di misurare tensioni più elevate rispetto alla gamma di tensione massima della sonda. Ad esempio, una sonda con un'opzione di attenuazione 10x può misurare tensioni fino a 1000V se la sua gamma di tensione massima è di 100V. Le sonde di tensione possono anche essere dotate di un'opzione di compensazione, che consente di compensare eventuali errori introdotti dalla lunghezza del cavo coassiale. La compensazione viene effettuata regolando un trimmer sulla sonda stessa. In conclusione, le sonde di tensione sono un componente essenziale dell'oscilloscopio e consentono di misurare con precisione la tensione in un circuito.