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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Digital Storage Oscilloscope (DSO)
1
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Principio di funzionamento
Indice degli argomenti trattati
Schema operativo (1)• Richiami su campionamento e quantizzazione• Campionamento in tempo reale e tempo equivalente• Gestione del processo di acquisizione e modalità di
acquisizione
Schema operativo (2)
2
• Post-trigger e pre-trigger• Random sampling
Esempio di specifiche di DSO commerciale
2
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
DSO
Principio di funzionamento
3
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Architettura tipica di uno strumento digitale
Principio di funzionamento
• Condizionamento del segnale analogico in misura
• Campionamento del segnale e conversione in forma numerica
• Memorizzazione
4
• Elaborazione dei campioni acquisiti
• Visualizzazione nel dominio del tempo
3
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
5
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
6
Attenuazione/amplificazione del segnale analogico di ingresso
4
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
7
Campionamento e quantizzazione del segnale analogico in misura
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Memorizzazione della sequenza di
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
Memorizzazione della sequenza di codici numerici prodotti dall’ADC
8
5
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Elaborazione dei
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
Elaborazione dei campioni acquisiti
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
10
Visualizzazione della forma d’onda
6
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Serial-processing architecture
Principio di funzionamento
L’oscilloscopio “osserva” il segnale di ingresso in alcuni intervalli temporali, ma è “cieco” durante altri.
La probabilità di perdere porzioni significative del segnale in misura decresce al crescere del
11
del segnale in misura decresce al crescere del waveform capture rate, parametro espresso in waveform/s.
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
DSO
Schema operativo (1)
12
7
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
13
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Circuiti analoghi a quelli di un oscilloscopio
l i
14
analogico
8
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Peculiarità comune a tutti gli strumenti digitali è la presenza di una o più interfacce di comunicazione:
Cont ollo a tomatico delle ope a ioni
Dispositivi di Input/output
Controllo automatico delle operazioni di misuraTrasmissione dei dati acquisiti ad un sistema esterno (post-elaborazione)
15
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Due sezioni distinte dal punto di vista della “velocità”
16
9
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Sezione da cui dipendono alcune importanti caratteristiche del DSO, quali:
17
Banda passante B (Hz)Incertezza delle misure di ampiezzaFrequenza di campionamento fc (Sa/s)Profondità di memoria (Sa)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
I circuiti analogici di ingresso determinano il comportamento in frequenza dello strumento
18
10
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
I circuiti analogici di ingresso determinano il comportamento in frequenza dello strumento
È fornita la banda passante B a – 3 dB, considerando lo strumento come un filtro passa-basso con frequenza di taglio superiore pari a B.
L’ampiezza di un segnale sinusoidale con frequenza B è attenuata del 30%!!!
19
Volendo ridurre l’effetto sull’ampiezza al 2% si applica la “regola del 5x”, ossia:
B = 5 ⋅ fmaxdove fmax è la più alta componente in frequenza del segnale in misura
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
La banda passante del DSO pone anche un limite alle misure di tempo di salita, secondo la relazione:
tso = K / Bdove la costante K assume valori compresi tra 0.35 e 0.45 in base al tipo di risposta in frequenza del DSO
20
base al tipo di risposta in frequenza del DSO.ESEMPIO
DSO con B = 500 MHz (K = 0.35)Tempo di salita proprio del DSO = 0.7 ns
11
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
La linearità e la stabilità di questi stadi contribuiscono all’incertezza delle misure di ampiezza
Nella modalità “Coupling AC” la risposta in
21
Nella modalità Coupling AC , la risposta in frequenza del DSO diventa quella di un filtro passa-banda con frequenza di taglio inferiore dell’ordine di alcuni hertz
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Il convertitore Analogico/Digitale fornisce una versione discreta del segnale in misura nel dominio del tempo (campionamento) e nel dominio dell’ampiezza (quantizzazione).
22
Principali parametri di interesse dell’ADCFrequenza di campionamento (sample rate) Numero di bit con cui è codificato ciascun campione
12
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e
quantizzazione
23
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneSe il campionamento non è sufficientemente “fitto”, non è possibile “ricostruire” fedelmente il segnale in misura
24
13
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneDa un punto di vista matematico, il campionamento può essere espresso come il prodotto tra il segnale analogico x(t) ed un treno di impulsi s(t) di durata infinitesima e periodo TCp ( ) p C
∑+∞
−= CkTtts )()( δ
25
∑−∞=k
C
∑+∞
−∞=
−⋅=k
Ck kTttxtx )()()( δ
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazione
∑+∞
−∞=
−⋅=k
Ck kTttxtx )()()( δ
Nel dominio della frequenza è il prodotto di convoluzione tra le trasformate di Fourier di x(t) ed s(t)
∑+∞
−∞=
=−⋅=k C
CCC TkS πωωωδωω 2);()(
26
∑+∞
−∞=
−⋅=∗=k
CCC kXSXX )()()()( ωωωωωω
14
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneSegnale x(t) a banda limitata fmax
27
La ricostruzione del segnale analogico x(t) richiede l’impiego di un filtro passa-basso
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneIl segnale analogico può essere ricostruito fedelmente se vale la relazione espressa dal teorema del campionamento (o di Shannon):
f ≥ 2 ⋅ ffc ≥ 2 fmax
In pratica, la condizione fc = 2 fmax non ha interesse.
Filtro ideale, fisicamente non realizzabile
28
L’anti-trasformata del filtro passa-basso ideale è la funzione sync
t
15
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneIl segnale analogico (tempo-continuo) può essere ricostruito impiegando una funzione di “pesatura” sync:
( )[ ]+ fi( ) ( ) ( )[ ]( )∑
∞+
−∞= −−
⋅=n C
Ck nTtfc
nTtfctxtxπ
πsin
1
2T 3T
29
TC
2TC 3TC
t
… ma sono necessari infiniti campioni!!!
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneIn pratica, il rapporto fc/fmax adatto a ricostruire in modo “adeguato” il segnale in misura dipende dalla tecnica di interpolazione impiegatap p g
20max
c >ff Non è necessario interpolare (è
sufficiente la visualizzazione per punti)
1020max
c >>ff È sufficiente un interpolatore lineare
30
2.510max
c >>ff È necessario interpolare impiegando
una funzione di pesatura sync
16
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazione
2
Esempio: segnale caratterizzato da fmax = 1.5 kHz
-0.5
0
0.5
1
1.5
31
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
t (s)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
0.5
1
1.5
2
Richiami su campionamento e quantizzazione
fc = 40 kHz (> 20 fmax)fc = 40 kHz
0 1 2 3 4 5x 10
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
0 5
0
0.5
1
1.5
2fc = 40 kHz
32
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
t (s)
17
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
0.5
1
1.5
2
Richiami su campionamento e quantizzazione
fc = 16.6 kHz ( ≈ 11 fmax)
0 1 2 3 4 5x 10
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
0
0.5
1
1.5
2fc = 16 kHz
33
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
t (s)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
0.5
1
1.5
2
Richiami su campionamento e quantizzazione
fc = 16.6 kHz ( ≈ 11 fmax)
0 1 2 3 4 5x 10
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
0
0.5
1
1.5
2fc = 16 kHz
0
0.5
1
1.5
2fc = 16 kHz
34
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
t (s)0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
Interpolazione lineare
18
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
0.5
1
1.5
2
Richiami su campionamento e quantizzazione
fc = 6 kHz (= 4 fmax)
f 6 kH
0 1 2 3 4 5x 10
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
0
0.5
1
1.5
2fc = 6 kHz
35
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
t (s)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
0.5
1
1.5
2
Richiami su campionamento e quantizzazione
fc = 6 kHz (= 4 fmax)
f 6 kH
0 1 2 3 4 5x 10
-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
0
0.5
1
1.5
2fc = 6 kHz
0
0.5
1
1.5
2fc = 6 kHz
36
0 1 2 3 4 5x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
t (s)0 1 2 3 4 5
x 10-3
-2
-1.5
-1
-0.5
0
t (s)
Interpolazione sync
19
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneSe il teorema del campionamento non è soddisfatto, è impossibile ricostruire fedelmente il segnale in misura (fenomeno dell’ALIASING)( )
NOTAIl segnale in misura non è mai a banda limitata (dovrebbe essere osservato da -∞ a +∞).Se le componenti in frequenza oltre fc/2 sono significative, la ricostruzione non è fedele
37
si può limitare il contenuto in frequenza del segnale in misura mediante un filtro passa-basso (“anti-aliasing”)
Negli oscilloscopi digitali NON è presente un filtro anti-aliasing
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneIl processo di quantizzazione nel dominio dell’ampiezza introduce un’ambiguità nell’interpretazione dei codici numerici presenti all’uscita di un ADCp
Caratteristica ingresso/uscitaideale di un ADC bipolare a 3 bit {
38
Tensione di quantizzazione
Nb
VV2
FRq =
20
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazioneIl processo di quantizzazione nel dominio dell’ampiezza introduce un’ambiguità nell’interpretazione dei codici numerici presenti all’uscita di un ADCp
{
Caratteristica ingresso/uscitaideale di un ADC bipolare a 3 bit
39
A tutti i valori di Vincompresi in un intervallo
di quantizzazione è associato lo stesso
codice numerico
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazione
Caratteristica uscita/ingresso
i l (i tibil ) dinominale (invertibile) di un ADC bipolare a 3 bit
40
21
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazione
Errore di quantizzazione
41
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Richiami su campionamento e quantizzazione
Errore di quantizzazione
Non può essere corretto, in quanto Vin non è nota.p q in
Rappresenta un contributo di incertezza (di quantizzazione):modello deterministico
modello probabilisticoqq 5,0 Ve ⋅=δ
( )3
5,0 qq
Veu ⋅=
42
La riduzione dell’incertezza di quantizzazione richiede di ridurre l’intervallo di quantizzazione
a parità di campo di misura, si tratta di aumentare il numero di bit Nb
22
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Nei DSO, l’ADC è solitamente di tipo flash (o parallelo)
frequenza di campionamento massima fcmax dell’ordine dei gigasample/s
43
gigasample/s
numero di bit non superiore a 10 (tipicamente Nb = 8)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
ESEMPIO: fcmax = 500 MSa/s; Nb = 8; VFR = 10 V
Possono essere ricostruiti fedelmente segnali con contenuto in frequenza limitato a circa 200 MHz
V020V10FRq ≈===δVV
e
44
Se Vin = 5 V, l’incertezza relativa di quantizzazione è pari allo 0.4%
V02.0222 91q ≈δ +Nbe
23
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
La frequenza di campionamento è impostata dall’operatore in modo indiretto, agendo sul comando time/div della sezione Base Tempi
45
comando time/div della sezione Base Tempi.tipicamente si mantiene costante il numero di campioni impiegato per ricostruire la forma d’onda visualizzata sullo schermo.
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
DSO
Gestione del processo di acquisizione
46
24
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Gestione del processo di acquisizione
In corrispondenza dell’evento di trigger è avviata la
47
p ggfase di conversione A/D, con una frequenza di campionamento legata all’impostazione time/div e per una durata tale da ottenere il numero predefinito di campioni.
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Gestione del processo di acquisizione
Sample point
48Record length
25
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Gestione del processo di acquisizione
I campioni acquisiti (sample points) sono trasferiti alla memoria di acquisizione, che è organizzata come una coda FIFO (First-In/First-out). Il ciclo di scrittura di ciascun campione deve avvenire in un tempo inferiore a tc
se f = 1 GSa/s il ciclo di scrittura
49
se fcmax = 1 GSa/s, il ciclo di scrittura minimo è pari ad 1 ns
costo elevatoIl ciclo di lettura può essere eseguito a velocità inferiore.
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Gestione del processo di acquisizione
Una volta trasferiti alla memoria interna iUna volta trasferiti alla memoria interna, i campioni acquisiti possono essere “conservati” per un tempo indefinito se non si verificano altri eventi di trigger.
Lo schermo del DSO può quindi essere aggiornato continuamente, anche nel caso di segnali non i titi i
50
ripetitiviLa capacità di visualizzare segnali transitori è una delle principali peculiarità di un DSO
26
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Gestione del processo di acquisizione
L’acquisizione di segnali transitori deve essere eseguita rispettando il teorema del campionamento marispettando il teorema del campionamento, ma …
nel caso di segnali ripetitivi, è possibile “procurarsi” i campioni necessari a ricostruire la forma d’onda dalle successive ripetizioni del segnale.
Nel primo caso si parla dicampionamento in tempo reale
t li i titi i i ò di t il
51
mentre per segnali ripetitivi si può operare mediante ilcampionamento in tempo equivalente
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Campionamento in tempo equivalente
Lo schema analizzato permette di operare secondo la tecnica del campionamento sequenziale:tecnica del campionamento sequenziale:
ogni volta che si verifica l’evento di trigger, l’acquisizione è avviata dopo un ritardo crescente (0, Δt, 2 Δt, 3 Δt, …)una volta acquisito un numero di campioni corrispondenti al record length, si procede a
di li ll’ d i t i (è t l l
52
ordinarli sull’asse dei tempi (è nota la loro posizione rispetto all’evento di trigger)
Questa tecnica garantisce di prelevare campioni diversi ad ogni evento di trigger.
27
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Campionamento in tempo equivalente
53
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Campionamento in tempo equivalente
Il passo tra i vari campioni è pari a Δt
54
28
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Campionamento in tempo equivalente
Operando secondo la tecnica del campionamento sequenziale si ottiene una frequenza di campionamentosequenziale, si ottiene una frequenza di campionamento equivalente:
Per questo motivo, la banda B dei circuiti di ingresso è solitamente superiore ad fc/2 (limite imposto dal teorema del campionamento)
ceqc ff >Δ
=t
1
55
L’inconveniente di questa tecnica (adatta solo a segnali ripetitivi) è l’elevata durata del processo di acquisizione
imposto dal teorema del campionamento)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
DSO multicanale – soluzione a basso costo
Gli N canali di ingresso (solitamente 2 o 4)(solitamente 2 o 4) condividono lo stesso ADC attraverso un multiplexer
56
Ciascun canale è campionato alla frequenza fc/NIn realtà si campiona ad una frequenza inferiore per problemi di settling time
I campioni dei vari canali non sono simultanei
29
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
DSO multicanale – soluzione ad alte prestazioni
Un ADC per ciascun canale di ingresso
57
Evita gli inconvenienti della soluzione precedente, ma …
Costi elevati
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
DSO multicanale – capacità di trigger
Oltre alle capacità di triggertipiche degli oscilloscopi analogici (source, coupling, level, slope), nei DSO sono disponibili funzionalità avanzate.
Condizioni di trigger multicanaleCH1 l l 2 V l
58
CH1: level 2 V ; slope +CH2: livello logico (TTL) High
Condizioni di trigger “qualificato”CH1: livello logico (TTL) LowCH2: pulse width < 10 ns
30
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
DSO multicanale – capacità di trigger
59
NOTALo schema finora analizzato permette di visualizzare esclusivamente porzioni di segnale successive all’evento di trigger (post-trigger), come avviene nell’oscilloscopio analogico.
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Sezione a “bassa” velocità del DSO, a cui competono le seguenti funzioni:
Elaborazione• Elaborazione• Visualizzazione• In/Out
60
31
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Il micro-processore gestisce il funzionamento dell’intero sistema ed esegue l’elaborazione dei campioni
Schema operativo (1)
esegue l’elaborazione dei campioniL’evoluzione dei DSO ha portato all’impiego di più μP, ciascuno dedicato ad una specifica funzione (acquisizione, elaborazione, visualizzazione, …)
61
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
I campioni acquisiti e trasferiti nella memoria interna possono essere soggetti a diversi algoritmi di elaborazione:
Stima di parametri di ampiezza (Vpp, Vmean, Vrms, …) e di tempo (T, f, PW, ts, …)analisi spettrale (DFT)interpolazione
62
32
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
I dati di uscita dell’algoritmo di interpolazione (dots, linear, sync), ossia i punti dell’oscillogramma, sono trasferiti alla memoria video, le cui celle sono organizzatetrasferiti alla memoria video, le cui celle sono organizzate come una matrice HxL:
le celle della memoria video sono associate agli HxL pixel in cui è suddiviso lo schermo del tubo a raggi catodici (CRT)
63
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Il CRT è comunemente del tipo a deflessione magnetica
Visualizzazione dell’oscillogramma
p ged impiega una scansione di tipo raster scan, come quella impiegata nei monitor dei PC:
i segnali generati dal video controller ed inviati alle placchette di deflessione orizzontale e verticale del CRT, permettono al pennello elettronico l’intera scansione dello schermo
64
33
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Visualizzazione dell’oscillogramma
Traiettoria di scansione
L i d ll h è
65
La scansione dello schermo è eseguita contemporaneamente alla scansione della memoria video
Il contenuto di ciascuna cella della memoria video indica lo stato del pixel corrispondente
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Visualizzazione dell’oscillogramma
Un’importante differenza rispetto all’oscilloscopio analogico è legata al fatto che la banda passante dell’intero sistema è indipendente dal CRT ed è
legata esclusivamente agli stadi l i i di i
66
analogici di ingresso
34
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
In un DSO è possibile controllare il modo in cui sono ti i ti d ll’ ill ( f i t )creati i punti dell’oscillogramma (waveform points) a
partire dai campioni presenti all’uscita dell’ADC (sample points).Modalità più comuni:
Sample modeAverage modePeak detect mode
67
Peak detect modeEnvelop modeHigh-resolution mode
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
Sample modeÈ l d lità iù li h d lÈ la modalità più semplice, che prevede la “costruzione” dei waveform points a partire da sample points ottenuti con un periodo di campionamento tcpari al periodo dei punti dell’oscillogramma (waveform interval tW)
( )t Time/divDtt 101 ⋅
68
dove NW è il numero di waveform points visualizzati sullo schermo
( )WW
t
WWc NNf
tt ====
35
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
Sample modeEsempio:
Time/div = 0.1 ms/div ⇒ Dt = 1 msNW = 500
La frequenza di campionamento dell’ADC sarà
kSa/s500s2500ms
WW =⇒μ== ft 1
69
quindi impostata a 500 kSa/s
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
Average modeLa frequenza di campionamento dell’ADC è fissata come nella modalità sample, quindi tc = twL’oscillogramma è costruito mediando i waveform points di acquisizioni successive
Riduzione del rumore senza perdita di banda passante
70
pApplicabile nel caso di segnali ripetitivi
36
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
Peak-detect modeLa frequenza di campionamento dell’ADC è mantenuta al massimo valore possibile indipendentemente dall’impostazione time/div, quindi tc < twI waveform points sono costituiti dal minimo e dal massimo valore dei sample points acquisiti
71
durante due waverform interval twQuesta modalità permette di “catturare” impulsi brevi anche quando si acquisisce un intervallo di tempo elevato
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (1)
Modalità di acquisizione
Peak-detect mode
Sample mode
72
Glitch catturato come minimo sample-point in due waveform intervals adiacenti
Bassa probabilità di catturare il glitch nella modalità sample
37
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Modalità di acquisizione
Envelop mode
Schema operativo (1)
Modalità simile al peak-detect mode, per cui tc < twI minimi ed i massimi waveform points di acquisizioni successive sono utilizzati per costruire un oscillogramma che mostra gli inviluppi minimo e massimo del segnale in misura
73
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Modalità di acquisizione
High-resolution mode
Schema operativo (1)
Modalità simile al peak-detect mode, per cui tc < twCiascun waveform point è ottenuto come valor medio dei sample points corrispondenti ad un waveform interval tw
Questa modalità permette di ridurre il rumore e migliorare la risoluzione nel
74
gcaso di segnali con variazioni lente rispetto alla frequenza di campionamento
38
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Modalità di acquisizione
High-resolution mode
Schema operativo (1)
Sample points
waveform point
75
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
DSO
Schema operativo (2)
76
39
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
L’evoluzione dei DSO ha riguardato
77
soprattutto la gestione del processo di acquisizione, con importanti ricadute sulle capacità di trigger
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Il convertitore ADC opera continuamente ll falla massima frequenza
di campionamento (modalità free-running)
Il blocco a valle dell’ADC opera
d
La memoria di acquisizione è organizzata
78
una decimazione di ordine N
organizzata come un buffercircolare
L’avvio del processo di acquisizione non è più determinato dall’evento di trigger
40
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Il blocco decimatore permette di ridurre il numero di sample points impiegati dall’algoritmo di interpolazione nel caso di segnale sovracampionato
79
Esempiofcmax = 1 GSa/s; campionamento di un segnale periodico con f = 1 kHzTime/div = 0.1 ms/div, che corrisponde a Dt = 1 ms
Numero di sample points: 1 MSa!!!
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Puntatore in scrittura
Il puntatore in scrittura avanza ll l ità d ll’ADC ( id tt
80
in scritturaalla velocità dell’ADC (ridotta eventualmente del fattore di decimazione N)
41
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)Schema operativo (2)
Il puntatore in scrittura avanza ll l ità d ll’ADC ( id tt
81
alla velocità dell’ADC (ridotta eventualmente del fattore di decimazione N)
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)Schema operativo (2)
Il puntatore in scrittura avanza ll l ità d ll’ADC ( id tt
82
alla velocità dell’ADC (ridotta eventualmente del fattore di decimazione N)
42
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Puntatore in lettura
Il puntatore in lettura scandisce la porzione di memoria di acquisizione che è trasferita alla memoria
83
interna
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
L’evento di trigger determina l’avvio del ciclo di lettura del buffer circolare
84
43
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
L’evento di trigger determina l’avvio del ciclo di lettura del buffer circolare
Schema operativo (2)
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Porzione di segnale visualizzato sullo schermo del DSO
post-triggerpost trigger
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
La memoria di acquisizione contiene anche i sample pointsanche i sample pointsche precedono l’evento di trigger, che possono essere trasferiti alla memoria interna posizionando opportunamente il
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opportunamente il puntatore in lettura
A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Porzione di segnale visualizzato sullo schermo del DSO
pre-triggerpre-trigger
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
È possibile posizionare il puntatore in lettura a cavallo dell’evento di trigger, ottenendo la visualizzazione di una porzione di segnale antecedente e una porzione seguenteporzione di segnale antecedente e una porzione seguente l’evento di trigger
pre/post-trigger
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
La modalità free-running dell’ADC impedisce
Campionamento in tempo equivalente
l’impiego della tecnica del campionamento sequenziale
In questo caso, per segnali in misura ripetitivi, si adotta la tecnica del campionamento
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casuale (random sampling)
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Campionamento in tempo equivalente – random sampling
Gli impulsi di campionamento sono asincroni rispetto all’evento di triggerasincroni rispetto all evento di trigger
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Campionamento in tempo equivalente – random sampling
L’evento di trigger è utilizzato come riferimento temporale d t i l i i d i i i iper determinare la posizione dei vari campioni
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A. Carullo – Digital Storage Oscilloscope
Schema operativo (2)
Campionamento in tempo equivalente – random sampling
A differenza del campionamento sequenziale, la tecnica random sampling non garantisce l’acquisizione dirandom sampling non garantisce l acquisizione di campioni diversi dalle varie ripetizioni del segnale
Se il rapporto Ts/tc è un numero razionale, si acquisiscono sempre gli stessi campioni
Situazione limite: Ts = tcSi i i
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Si acquisisce sempre lo stesso campione
Il segnale in misura è ricostruito come una tensione continua