Strumenti digitali

EVENTS COUNTER

Il contatore numerico unito a un oscillatore che genera la base dei tempi è un dispositivo che permette la misura digitale del tempo.

Circuito di condizionamento

In ingresso abbiamo il tono sinusoidale di cui vogliamo misurare tempo o frequenza. Il primo processo è sicuramente quello di squadrare questo segnale, in modo tale da conservare solo la periodicità. Il vantaggio è rappresentato dal passaggio pindarico tra un livello e l'altro. Generalmente questo segnale poi va adattato al processo di misura da effettuare, compito svolto sempre dal circuito di condizionamento tramite amplificatori o attenuatori.

Gate G (Start Stop)

È un sistema analogico pilotato da due segnali di controllo (Start e Stop) che nel loro insieme costituiscono il segnale di consenso, cioè fanno passare l'uscita del blocco di condizionamento al contatore.

Counter

È il dispositivo che ha il compito di contare gli eventi fin quando la porta G è aperta e quindi riceve...

Il segnale in uscita dal blocco di condizionamento. Verrà contato un impulso ogni qual volta che si verifica la cosi detta condizione ditrigger, che può essere verificata sul fronte di salita o di discesa dell'onda quadra. L'errore di sincronismo Un problema tipico è, in base dall'istante in cui arriva il segnale di consenso rispetto al segnale d'ingresso, si conterà un fronte di salita in più o in meno, capita perché spesso il segnale di consenso non è sincronizzato al segnale da misurare. SORGENTI D'INCERTEZZA È possibile che due intervalli differenti Intervallo di quantizzazione producano lo stesso numero di eventi contati. Uno stesso intervallo sfasato può produrre ΔN = ± 100/N conteggi differenti. Digit uncertainty (±1 pulse) Ritardo di apertura Gate G Rumore TIME INTERVAL MEASUREMENTS Si utilizza un tempo di riferimento che genera impulsi che poi verranno contati.

dall'eventscounter. L'obiettivo è quello di misurare un intervallo di tempo durante il quale V(t) il segnale è superiore ad una certa soglia. I blocchi fondamentali in questo caso sono l'oscillatore, l'AND-Gate, il contatore e l'unità logica ULC. Un esempio comune è rappresentato dall'intervallometro numerico. Funzionamento: Start: Il comando attiva l'ULC che per prima cosa clear (U2), azzera il contatore tramite il comando che assume il valore L fino all'istante t in cui inizia l'intervallo di misurazione. Dall'istante t1 all'istante t2, quindi durante tutto l'intervallo di misurazione, la linea U1 viene mantenuta a livello H. Questo segnale è applicato direttamente ad una porta logica AND, rendendola di fatto pilotata completamente dal segnale uscente dall'oscillatore OL. Quindi tutti gli impulsi generati da OL compresi nell'intervallo clock[t1, t2] raggiungono il contatore, e

appunto vengono contati.

1 2

Al termine dell'intervallo, all'istante t, la ULC riporta la linea U1 a livello L, così da bloccare il conteggio del contatore.

La risoluzione dipende dal periodo dell'oscillatore, ma può essere fissata con un divisore di frequenza.

Il fondo scala è definito dal conteggio massimo del contatore (quindi dal numero di bit del contatore) e dal periodo τ dell'oscillatore locale.

INCERTEZZA

Anche in questo l'incertezza deriva da:

• Asincronismo tra impulsi e segnali di start e stop
• Intervalli di quantizzazione
• Digit

Solitamente viene considerato un unico contributo d'incertezza complessivo:

(ΔN/N) % = ± 100/N ΔT %

con ΔN % = f ΔN % Δτ %

MISURA DI FREQUENZA

In questo caso il numero degli eventi contati dal contatore rappresenta esattamente il valore della frequenza che può essere espressa in:

• 1/T μs - MHz se G=1T ms
• KHz se G=1T s
• Hz se G=1

MHzμs- se CFunzionamento fSupponiamo di voler calcolare la frequenza incognita in ingresso.xTale segnale passa attraverso il blocco di condizionamento, per essere squadrato, ePorta G.poi va alla Oscillatore diQuesta Porta G è pilotata da un base dei tempi controllata da unriferimento, fstabile e preciso, con una frequenza nota che rappresenta esattamentecfil campione con cui confrontiamo la .xfIn genere però è molto alta quindi si inserisce un divisore tra oscillatore e base deictempi.Base dei tempiLa comanda l'apertura e la chiusura della porta G attraverso i comandiStart Stop.di eAll'interno del contatore troveremo un certo numero di eventi di trigger, contati traStart e Stop. 1=TfIl segnale d'ingresso ha una frequenza quindi avrà un periodo , ma se ilx X f xcontatore ha N eventi significa che il tempo d'apertura del gate equivale a :1 N=N =N =T ∙T ∙ → f .G x xf Tx GIl tempo di gate T è noto dall'oscillatore,

quindi si vede come il contenuto N del contatore va a determinare la frequenza incognita in ingresso. Le maggiori cause d'incertezza in questo caso saranno dovute all'accuratezza dell'oscillatore e alla presenza di rumore nel segnale d'ingresso che potrebbe causare un conteggio meno preciso. MISURA DEL TEMPO Il numero degli eventi contati dal contatore rappresentano il valore del periodo, che può essere: - 1/f Hz- s se OSC = 1/f KHz - ms se OSC = 1/f MHz - μs se OSC = 1/f GHz In questo caso il segnale incognito pilota la base dei tempi mentre l'oscillatore di riferimento è il segnale d'ingresso della porta G, quindi verranno contate le sue oscillazioni. Supponiamo che la porta resta aperta per f c f. Dato che la porta viene aperta e chiusa dal segnale V(t) a frequenza con periodo T, si può scrivere: n10 = N = N*T*f*c Quindi il periodo è direttamente proporzionale al numero di eventi di trigger contati dal contatore.

Essendo noti a priori tempo T e divisore di frequenza. Sostanzialmente abbiamo effettuato misura del tempo e misura di frequenza con lo stesso dispositivo, invertendo solamente gli ingressi alla Porta G. In realtà ci sono alcuni aspetti di carattere pratico da prendere in considerazione. Nel caso di un segnale d'ingresso molto veloce, effettuando una misura di frequenza, la porta resterà aperta per un periodo molto piccolo velocità di processo.