La memoria di acquisizione di un oscilloscopio digitale è una risorsa scarsa e preziosa.

Per sfruttarla al meglio molti oscilloscopi digitali prevedono la possibilità di segmentarla. Vediamo come e perché questa funzione si rivela utilissima in moltissime applicazioni.

Frequenza di campionamento, capacità di memoria e impostazione della base tempi sono parametri tutt’altro che indipendenti negli oscilloscopi digitali.

Vale infatti la relazione:

Profondità di memoria = frequenza di campionamento * tempo di acquisizione desiderato

Quindi, per osservare segnali per lungo tempo alla massima frequenza di campionamento richiede tanta memoria, che ovviamente non può essere infinita.

Come fare allora a osservare il segnale per lunghi periodi (ossia con una base tempi lenta), senza rinunciare alla possibilità di ingrandire con lo zoom la traccia acquisita sfruttando la massima frequenza di campionamento del proprio strumento?

Se il segnale è caratterizzato da un’attività intermittente, come per esempio i burst di un radar, oppure la trasmissione discontinua di pacchetti su bus seriali, ecco che la memoria segmentata diventa una soluzione molto interessante.

Osservando un segnale impulsivo come quello della figura sottostante notiamo che con la modalità di acquisizione classica per la maggior parte del tempo riempiremmo la memoria con un segnale che non ci interessa.

Per esempio, se il nostro pur potente oscilloscopio avesse una frequenza di campionamento massima di 4 Gs/s e una memoria di acquisizione di tutto rispetto, per esempio 8 Mpunti, dalla relazione citata in precedenza si evince che possiamo acquisire 2 ms di segnale (8 M / 4 Gs/s).

In questa situazione, se la frequenza di ripetizione dei nostri impulsi è dell’ordine del kHz (periodo di 1 ms), nella migliore delle ipotesi riusciremmo a catturarne 2 o 3.

Con la memoria segmentata, invece, si istruisce l’oscilloscopio a memorizzare solamente la parte utile del segnale, ignorando il periodo di riposo del segnale.

A parità di frequenza di campionamento, e quindi di dettaglio osservabile del segnale, gli impulsi che riusciamo a catturare sono moltissimi di più.

Riproducendo le varie acquisizione nella modalità a persistenza infinita sullo schermo potremo quindi osservare decine o centinaia di eventi singoli e non portare comunque la possibilità di zoomare su uno qualunque di loro con il massimo dettaglio disponibile nel nostro strumento.

Sono tantissime le applicazioni in cui questa modalità di gestione della memoria è utile, in generale tutte quelle in cui il duty-cycle del segnale utile è decisamente basso. Eccone alcune.

Fisica delle alte energie

Negli esperimenti di fisica serve spesso rilevare eventi molto veloci di breve durata con il massimo dettaglio che si ripetono nel tempo intervallati da pause relativamente consistenti.

Nella figura è riportata un’acquisizione con memoria segmentata di 300 impulsi consecutivi emessi da un laser che durano circa 3,2 ns con un periodo di ripetizione di circa 12 μs.

I 300 punti acquisiti sono riportati in grigio sfruttando la modalità a persistenza infinita mentre quello selezionato (l’ultimo della serie) è visualizzato in giallo.

Si può notare che il trecentesimo impulso è stato acquisito sfruttando il campionamento a 4 Gs/s oltre 3,6 ms dopo il primo della serie.

Se si fosse utilizzata la modalità di acquisizione tradizionale senza memoria segmentata, per catturare questa serie di 300 impulsi ripetuti ogni 12 μs sarebbe stato necessario uno strumento con una memoria di acquisizione di 14 Mpunti.

Ma se gli stessi impulsi fossero stati spaziati di 12 ms anziché 12 μs, per catturare gli stessi 300 impulsi (che sarebbero durati 3,6 s) sarebbe servito un oscilloscopio con memoria da 14 Gpunti, di fatto impossibile da realizzare o comunque costosissimo.

Invece, un normale oscilloscopio con 8 Mpunti di memoria, come il modello Agilent InfiniVision utilizzato per realizzare questa prova, sfruttando la funzionalità di memoria segmentata basta e avanza a raggiungere lo stesso scopo.

Bus seriali

L’analisi dei pacchetti di dati trasmessi sui bus seriali è un’altra situazione applicativa molto comune dove la memoria segmentata di un oscilloscopio può rivelarsi utilissima.

Infatti, le trasmissioni sui bus seriali sono spesso intervallate da periodi di inattività relativamente lunghi tra un pacchetto e l’altro.

Vediamo un esempio di utilizzo per l’analisi di un segnale del bus CAN, molto comune nel settore automobilistico e nell’automazione industriale.

Impostando il trigger dell’oscilloscopio sulla condizione SOF (Start Of Frame) del bus CAN è possibile acquisire ad alta frequenza di campionamento anche centinaia e centinaia di singoli pacchetti di dati, che possono poi essere analizzati singolarmente con tutto il dettaglio che serve.

Ecco un esempio realizzato con un oscilloscopio Agilent 7000B impostato con la memoria segmentata per catturare una sequenza di 1000 pacchetti CAN, per i quali viene anche mostrato in forma tabellare la relativa decodifica di protocollo.