FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
Dieci considerazioni per scegliere l'oscilloscopio digitale più adatto alla propria applicazione, ancora prima di guardare il prezzo.
La concorrenza tra i produttori di oscilloscopi digitali in tempo reale per fortuna non manca, ma per non sbagliare la scelta tra gli innumerevoli prodotti disponibili sul mercato, ecco dieci importanti aspetti da considerare con attenzione prima dell'acquisto.
La banda passante è certamente la caratteristica di riferimento di ogni oscilloscopio e dalla quale dipendono molte delle prestazioni dello strumento.
Bisogna pertanto chiedersi innanzitutto se lo strumento che si intende acquistare ha una larghezza di banda sufficiente per osservare i segnali ai quali si è interessati.
Un altro modo di affrontare lo stesso argomento è pensare a quali sono i segnali più ripidi dei quali si vuole per esempio misurare il tempo di salita o di discesa. Infatti, segnali ripidi equivalgono a banda elevate.
La trattazione matematica tra banda dei segnali, ripidità dei fronti e prestazioni ottenibili è piuttosto complessa, ma per fortuna ci aiutano delle formule empiriche che ci aiutano a determinare almeno i requisiti minimi che uno strumento deve avere.
Banda del segnale = 1 / 2 * tempo di salita del segnale
Banda passante dell'oscilloscopio = 2 * banda passante del segnale
Frequenza di campionamento dell'oscilloscopio = 4 * banda passante dell'oscilloscopio
Naturalmente, maggiore sarà la banda dell'oscilloscopio e maggiore sarà la sua frequenza di campionamento, maggiori saranno le speranze di ottenere una misura fedele e precisa dei nostri segnali.
Qui sotto potete osservare lo stesso segnale d'ingresso visualizzato da due oscilloscopi con banda passante diversa: 1 GHz (a sinistra) e 12 GHz (a destra).
La scelta è apparentemente semplice, perché la maggior parte degli oscilloscopi oggi sul mercato è a 2 o 4 canali.
Se però si lavora a progetti con una forte interazione tra segnali analogici o digitali, può essere interessante valutare un oscilloscopio per segnali misti, spesso indicato con la sigla MSO (Mixed Signal Oscilloscope).
In questo tipo di strumenti, ai 2 o 4 canali analogici classici vengono affiancati altri 8 o 16 canali in grado di acquisire solo segnali digitali, ma con la possibilità di impostare trigger ed eseguire misure coordinate. In sostanza, è come poter disporre di oscilloscopio e analizzatore logico integrati nello stesso strumento.
La frequenza di campionamento è un'altra specifica fondamentale dell'oscilloscopio digitale.
Attenzione però che spesso nelle specifiche tecniche viene indicata la frequenza di campionamento massima, ma bisogna fare attenzione alle condizioni al contorno, spesso molto diverse tra un costruttore e l'altro.
Una caratteristica comune a molti strumenti è il ricorso al campionamento interlacciato (interleaving) per aumentare la frequenza di campionamento massima, a discapito però del numero di canali utilizzabili contemporaneamente.
Per esempio, un oscilloscopio a 4 canali potrebbe funzionare alla frequenza di campionamento massima solo con uno o due canali (sfruttando l'interleaving), mentre se si vogliono utilizzare tutti e 4 i canali di cui è dotato lo strumento, bisogna accontentarsi di frequenze di campionamento inferiori, spesso indicate in piccolo o solo nelle note delle specifiche tecniche dello strumento.
Un altro modo di valutare la frequenza di campionamento di cui si ha bisogno è di determinare la risoluzione temporale desiderata tra i punti di acquisizione.
In parole povere, la frequenza di campionamento è il reciproco della risoluzione temporale.
Per esempio, la frequenza di campionamento che permette di osservare i punti nel tempo con risoluzione di 1 ns è pari a 1/(1 ns), ovvero 1 Gs/s.
La profondità di memoria è strettamente correlata con la frequenza di campionamento.
Quando il convertitore A/D dell'oscilloscopio converte il segnale acquisito in forma numerica, i risultati vengono via via memorizzati all'interno della memoria di acquisizione ad alta velocità dell'oscilloscopio.
Molti pensano, sbagliando, che la velocità di acquisizione massima specificata nei messaggi pubblicitari degli strumenti sia sempre applicabile con qualunque impostazione della base dei base tempi.
Un oscilloscopio del genere costerebbe parecchio caro perché avrebbe bisogno di tantissima memoria, per cui in genera si accetta un compromesso: con impostazioni lente della base dei tempi, la velocità di campionamento massima viene ridotta quanto basta affinché non si esaurisca la memoria di acquisizione dello strumento.
Quindi, la profondità di memoria che vi serve in uno strumento dipende sia da quanto è lungo l'intervallo di tempo che volete osservare, sia da quanto veloce volete che sia il campionamento.
Se volete osservare lunghi periodi di tempo con un'elevata risoluzione temporale, allora vi serve un oscilloscopio con una grande quantità di memoria.
Una semplice relazione vi permette di calcolare la quantità di memoria che vi serve a partire dalla frequenza di campionamento che volete utilizzare e dal periodo di tempo che volete osservare.
Profondità di memoria = frequenza di campionamento * tempo di acquisizione desiderato
Anche in questo caso, bisogna valutare attentamente le specifiche, in quanto le architettura degli oscilloscopi differiscono notevolmente nella gestione della memoria.
In particolare, alcuni modelli quando utilizzano tutta la memoria di acquisizione sono costretti a rallentare altre operazioni, per esempio la velocità di visualizzazione, oppure non permettono l'esecuzione di analisi avanzati.
Concludendo, anche in questo caso attenzione ad asterischi e noticine nelle specifiche tecniche.
Quando si usavano gli oscilloscopi analogici, fondamentalmente erano le caratteristiche del tubo a raggi catodici che determinavano la qualità delle tracce visualizzate sullo strumento.
Con i moderni oscilloscopi digitali, invece, la qualità della visualizzazione è fortemente influenzata non tanto dalla qualità del display LCD, molto simile tra i vari modelli dei diversi costruttori, bensì dalle architetture di elaborazione delle memoria e della gestione dello schermo.
Ad esempio, uno dei fattori chiave che influenza la qualità percepita del display è la frequenza di aggiornamento dell'oscilloscopio.
Si tratta di una caratteristica riferita alla velocità con la quale l'oscilloscopio è in grado di acquisire e aggiornare la visualizzazione delle forma d'onda.
Una maggiore velocità di aggiornamento equivale a una maggiore probabilità di catturare, e quindi visualizzare sullo schermo, gli eventi infrequenti come i glitch.
Nel confrontare le frequenze di aggiornamento citate dai costruttori, però, bisogna fare attenzione alle condizioni al contorno. Infatti, in molti tipi di strumenti la velocità di aggiornamento massima è disponibile solo quando non vengono attivate funzioni speciali, come trigger avanzati o profondità di memoria estese.
Una frequenza di aggiornamento elevata in generale coincide con una buona "reattività" dello strumento ai comandi.
Le prime generazioni di oscilloscopi digitali erano molto "lenti" nella visualizzazione, soprattutto se confrontati con l'immediatezza tipica degli oscilloscopi analogici.
Gli oscilloscopi digitali di oggi sono tutti molto più reattivi, ma le differenze di comportamento tra i vari modelli sono sostanziali, soprattutto quando gli strumenti sono dotati di parecchia memoria di acquisizione.
In generale, purtroppo, giudicare la qualità di visualizzazione dalle sole specifiche tecniche non è molto semplice, per cui, ogni volta che ciò è possibile, non resta che affidarsi alle dimostrazioni dal vivo provando direttamente delle misure il più possibile simili a quelle che si prevede saranno le più comuni per le proprie applicazioni.
Il trigger sui fronti (edge trigger) è forse la funzione più utilizzata negli oscilloscopi nelle applicazioni di tutti i giorni. Tuttavia, può essere molto utile disporre di strumenti capaci di definire il trigger in modo più sofisticato quando in certi casi serve "rincorrere" qualche evento specifico o strano.
Per chi progetta sistemi che usano i comuni bus seriali, per esempio, può essere molto comodo disporre di un trigger basato su condizioni specifiche che avvengono sui bus come SPI, CAN, USB, I2C, FlexRay, LIN o altri. Con strumenti capaci di interpretare i protocolli dei bus seriali certamente si può risparmiare un sacco di tempo nella fase di debug dei progetti.
E per la ricerca dei problemi e dei guasti intermittenti un'altra funzione utilissima è il trigger sui glitch, disponibile in varie forme in molti strumenti di fascia medio-alta.
Infine, molti oscilloscopi oggi offrono funzione specifiche di trigger per le applicazioni video, come TV e HDTV, che semplificano notevolmente la vita a chi si occupa di questo settore.
(La sonda che si sceglie è fondamentale in quanto la banda complessiva del sistema di misura e limitata al valore di quella del componente più basso tra sonda e oscilloscopio.
Inutile, quindi, acquistare un oscilloscopio a banda larga, se poi si utilizzano sonde non all'altezza dello strumento.
Inoltre, non va dimenticato che la sonda diventa parte integrante del circuito in prova modificandone il comportamento, per cui impedenza e caratteristiche della sonda vanno sempre tenute in considerazione, in particolar modo quando si devono misurare segnali a frequenza elevata.
In generale, le sonde attive non solo hanno una banda passante superiore alle sonde passive, ma sono anche in grado di mitigare gli effetti sul circuito in esame.
Quando si sceglie una sonda, è bene considerare con attenzione anche gli accessori disponibili, alcuni dei quali potrebbero imporre un degrado delle caratteristiche migliori della sonda.
La maggior parte degli oscilloscopi moderni ha almeno uno delle interfacce comuni che consente di collegare un PC, come Ethernet o USB, il che facilita notevolmente lo scambio dei dati e l'eventuale controllo automatico o remoto dello strumento.
Alcuni modelli, per esempio quelli conformi alle specifiche LXI, contengono al loro interno un web server, per cui con un semplice browser è possibile comandare a distanza lo strumento e analizzare le forme d'onda.
La disponibilità di funzioni di misura automatiche o di veri e propri pacchetti per l'analisi matematica del segnale può far risparmiare un sacco di tempo, soprattutto nelle applicazioni più complesse.
L'architettura delle oscilloscopi digitali moderni facilita la proliferazione di software di misura generico o per applicazioni specializzate, normalmente fornito di serie o come opzione a pagamento.
Anche gli strumenti economici offrono almeno qualche funzione matematica sulle forme d'onda, alcuni l'analisi FFT, mentre per gli strumenti di classe medio/alta non c'è che l'imbarazzo della scelta.
Addirittura, i modelli di punta possono essere trasformati in veri e propri analizzatori di spettro o di modulazione in grado di risolvere le più sofisticate problematiche di misura.
Inoltre, alcuni costruttori offrono pacchetti di sviluppo che consentono di creare, o mediante apposite macro, oppure mediante linguaggi di programmazione come Visual Basic o C++, le proprie funzioni e applicazioni personalizzate eseguibili direttamente nello strumento.
Un'ultima nota, ma forse la più importante: se possibile chiedete una demo dello strumento che volete acquistare.
Toccare con mano è ancora oggi la soluzione più indicata per capire se l'oscilloscopio che si intende acquistare è "in sintonia" con il proprio modo di lavorare. Dopotutto, si tratta dello strumento generalmente più usato nella quotidianità del proprio lavoro.
In generale, le aziende che sono più sollecite nel far provare i prodotti, sono anche quelli che garantiscono nel tempo un supporto e un'assistenza di ottimo livello, altro aspetto che non andrebbe dimenticato nella valutazione di un acquisto
Commenti
buon giornata
Quando il retaggio aristocratico non ti permette di capire la realtà della povertà... Chiarire concetti difficili con parole semplici è un arte fin troppo sottovalutata dalla comunità accademica.
Guida assolutamente inadatta a principianti ed autodidatti.
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