Oscilloscopio digitale

Il DISPLAY

Il CRT in questi oscilloscopi è molto meno complesso rispetto a quelli analogici, perché i dati possono essere prelevati dalla memoria con la velocità più consona ad esso.

Digital Scope

Esistono due soluzioni particolari per i display:

• Vector Scan: Si utilizzano tubi elettrostatici così come negli oscilloscopi analogici, è necessaria una conversione D/A.
• Raster Scan: Lo schermo è composto da un certo numero di righe e colonne, quindi l'immagine sarà pixel, composta da un insieme di punti che vengono rinfrescati periodicamente dal pennello elettronico. 386 righe e 576 colonne, 256x500.

Solitamente si utilizzano display con 256 livelli di grigio, di cui alcuni servono a visualizzare la forma d'onda, mentre la restante parte viene usata per visualizzare risultati, menu ecc.

La forma d'onda e le informazioni ausiliarie vengono salvate in banchi di memoria differenti per facilitare la gestione generale del monitor.

(soli 256 livelli)

Seppur il tubo Raster è

Discreto però essendo molto piccolo il display, è possibile fare un paragone ragionevole con il Vector Scan.

IL BLOCCO DI CONVERSIONE ADC

Normalmente la frequenza di campionamento viene scelta 10 volte la frequenza del segnale, per non incorrere in problemi.

Nell'oscilloscopio ci sono dei particolari filtri che tagliano tutte le frequenze sopra un certo limite, in questo modo si evita completamente di andare a visualizzare un segnale campionato in modo errato.

Generalmente la risoluzione degli oscilloscopi non è molto spinta ma varia tra gli 8 e i 12 bit, perché risoluzioni più elevate implicano memorie più profonde.

Considerando che già 8 bit permettono di avere una risoluzione di FS/256, che risulta essere abbastanza elevata.

Inoltre anche la velocità generale dell'oscilloscopio sarebbe minore con un numero di conversione CLK/Nbit troppo elevato, infatti la risoluzione decresce con la

frequenza di campionamento, che influenza direttamente anche la banda e quindi bisogna trovare anche qui un giusto compromesso in base al nostro target.

Modalità di utilizzo dell'ADC

Nell'oscilloscopio digitale i campioni messi in memoria devono essere distanziati di un Sweep Time quanto temporale pari allo, ovvero la finestra temporale visualizzata, diviso il numero di punti su una riga dello schermo, solitamente 500 relativi alla visualizzazione della forma d'onda.

STD t = N

In base al campionamento, gli oscilloscopi digitali vengono suddivisi in due categorie:

Real-Time sampling

Equivalent-time sampling

Si campiona la forma d'onda in un particolare modo che permette di campionare con un T equivalente C molto più alto della frequenza di campionamento del convertitore.

Esistono due modalità differenti:

Ripetitivo

Casuale

Comunque, qualsiasi sia il campionamento utilizzato, la risoluzione è sempre dettata dal convertitore A/D.

CAMPIONAMENTO

REAL-TIME

Il campionamento Real-Time rappresenta la soluzione concettualmente più semplice, che consiste nel campionare da un segnale di trigger, utilizzato come evento di sincronizzazione. In un'unica scansione è possibile acquisire tutti i punti necessari a ricostruire il segnale d'ingresso; però questo è fattibile solo per segnali che hanno una frequenza al più ½ della frequenza massima di campionamento dell'oscilloscopio. La banda passante non è molto elevata, siamo nell'ordine dei 100 MHz.

Real-Time Equivalent-

Alcuni oscilloscopi digitali hanno uno switch automatico tra edTime, in base allo sweep che presenta il segnale d'ingresso.

Vantaggi

• Si possono rilevare fenomeni transitori molto piccoli, come il Jitter.

Svantaggi

• Sono necessarie memorie veloci che risultano essere molto costose e solitamente non sono molto profonde, quindi si possono osservare solo brevi tratti di segnale.

Sotto-campionamento sincrono

campionamento, misuro l'intervallo di tempo tra il secondo evento di trigger e il secondo campione, risulta DT. E così via per tutti gli eventi di trigger e campioni successivi. Il convertitore campiona il segnale con un periodo di campionamento T e con una certa frequenza. Non c'è alcun legame tra il segnale e gli eventi di trigger, che sono generati in maniera random o sulla base di altre valutazioni, e distano tra loro T. Funzionamento: - Misuro l'intervallo di tempo tra il primo evento di trigger e il primo campione, risulta DT. - Al secondo campionamento, misuro l'intervallo di tempo tra il secondo evento di trigger e il secondo campione, risulta DT. E così via per tutti gli eventi di trigger e campioni successivi.

evento di trigger effettuo loTRIGGERstesso procedimento, ovvero misurol’intervallo di tempo tra questo trigger ed ilDT .primo campione successivo, risulta LDT > DTNel nostro caso in figura, dato che A Lallora il campione L è sicuramenteprecedente al campione A.Iterando questo procedimento si può riordinare la sequenza dei campioni e risalire allaforma d’onda perchè tutti i campionidistano comunque Tc.

Riordino temporale dei campioniNon è sempre detto che tutti i campioni prelevati siano utili perché non posizionati neiquanti temporali desiderati, proprio perchè non c'è correlazione tra il segnale e glieventi di trigger.In generale è un processo che dura molto perché si devono accumulare in memoria500 campioni(n° colonne display) nelle giuste posizioni, e si usa principalmente per frequenze dicampionamento non molto alte perchè altrimenti si rischia di prelevare solo pochicampioni per ogni

finestra. La risoluzione della forma d'onda dipende solamente dalla risoluzione degli intervalli di <DT>, tempo che quindi devono essere più piccoli possibili. Se voglio analizzare una parte molto piccola, ad esempio per visualizzare la presenza di glitches, si utilizza il campionamento ripetitivo casuale con una risoluzione molto spinta. <CAMPIONAMENTO SEQUENZIALE> Con questo metodo si risolve il problema della lentezza di processo che si viene a creare nel campionamento ripetitivo casuale. È importante che il segnale sia periodico! Per ogni evento di trigger si preleva un solo campione per finestra, in particolare il successivo si distanzierà di un quanto <k> dal precedente. L'intervallo tra un campione e l'altro è <T + kT>. Nel caso in cui la cadenza sia troppo elevata, è possibile prelevare un <m> campione ogni 2, 3, ... periodi. In questo caso però la ricostruzione dipende direttamente dal numero di periodi = m∙ + kT T. <C S1Trigger>La cadenza reale in questo caso è campioni al secondo, però per quanto riguarda la visualizzazione è come se si stesse realizzando una cadenza di kcampioni al secondo, che è molto più spinta. La banda non è più legata alla cadenza di campionamento reale ma dipende dal valorek.minimo che può essere imposto al ritardo. In questo modo si riesce ad aggirare il limite della lentezza del convertitore A/D. TRIGGER Multi-Signal Oscilloscope – MSO Nei si possono implementare diverse tipologie di Auto Level trigger, come ad esempio in cui la logica interna determina Single automaticamente il livello di trigger più opportuno, oppure in cui l’oscilloscopio esegue un solo ciclo di acquisizione, utile per segnali non ripetitivi o single-shot. Le logiche di gestione più utilizzate sono le seguenti: PATTERN TRIGGER In questo caso in ogni canale viene impostato uno stato (pattern). Il trigger viene generato quando su tutti icanali si verifica contemporaneamente il rispettivo pattern. Ad esempio con la sequenza HLHL si verificherà il trigger solo quando si presenta questa esatta sequenza. Questo evento può essere utilizzato per definire come deve essere memorizzato il segnale, ad esempio memorizzare dal trigger o fino al trigger. Gestione del trigger Sistemi più avanzati permettono di aggiungere un time qualifier sui canali, che permette di stabilire il tempo che uno stato deve presentarsi affinché venga rilevato e quindi andrà a generare il trigger. Questo risulta essere utile nel caso di glitch per passaggi da stati molto differenti, in questo modo l'oscilloscopio permette di rilevare stati/configurazioni anomale diventando uno strumento di diagnostica. 0 → 1 1 → 0 *Il glitch è più facilmente verificabile rispetto il glitch, perché si devono accendere i circuiti. STATE TRIGGER Questo trigger è caratterizzato da un canale utilizzato come clock e

Gli altri per controllare la presenza del pattern di attivazione. Ad esempio questa è la configurazione HH↑X, dove il segnale di trigger si verifica nel fronte di salita del clock e quando contemporaneamente nei due canali si ha il pattern H. Se l'analisi del pattern diventa complessa risulta più efficiente utilizzare un analizzatore di stati logici esterno e la sua uscita può essere utilizzata come segnale di trigger esterno.

PRETRIGGER: L'oscilloscopio numerico è capace di implementare un'altra funzione particolare, Pretrigger, chiamata che permette di osservare fenomeni che avvengono prima del trigger, utile nel momento in cui si osservano fenomeni aperiodici. Il vantaggio dell'oscilloscopio numerico rispetto a quello tradizionale sta nel fatto che si può registrare l'andamento degli stati precedenti, memorizzandoli in una cella della RAM fino a riempirla, seguendo una gestione FIFO. Quando si verifica l'evento di sincronismo

L'unità logica arresta la fase di campionamento e memorizzazione e la rilettura della RAM porta a visualizzare sull'oschermo l'andamento del segnale, solo negli istanti precedenti il trigger. In altre versioni il processo di campionamento e memorizzazione si protrae per un lasso di tempo oltre l'evento di sincronismo, così con la rilettura della RAM si visualizza un intervallo di tempo che comprende l'evento di trigger al suo interno.