3.4. Blocuri funcţionale ale osciloscopului cu eşantionare în timp real COMUT

Transcript

1 3.4. Blocuri funcţionale ale osciloscopului cu eşantionare în timp real 3.4. Blocul de achiziţie a semnalului! În figura 8 este dată schema-bloc a secţiunii de achiziţie a osciloscopului 468 Tektronix. la AS ACY A PAY A CAN RT 0 POZ.Y Cy COMUT la AS CONV ACY B PAY A PAY A POZ.Y Cy COM ADD RT RT 3 RAM D I COMP A B A>B MIN T 3 WE ADRi Q i AQC BB IADR. NUM.ADR RT-AF D i Q i A B A>B MAX T 4 ADRi RT COMP RT 4 WE Q i T T 74S37 D i RAM 3/

2 Fig. 8. Schema-bloc a secţiunii de achiziţie a osciloscopului 468 Tektronix. Acest bloc permite achiziţia a două canale, cu posibilitatea de a lucra în modul de lucru NORMAL sau ANVELOPĂ. Pentru fiecare canal există atenuatoare calibrate şi preamplificatoare separate. Ieşirile preamplificatoarelor sunt aplicate comutatorului de canale, care îndeplineşte funcţiuni similare blocului respectiv din osciloscopul analogic. El permite funcţionarea cu unul sau două canale, selecţia fiind făcută cu comutatorul COM, dar şi însumarea semnalelor din cele două canale, comandată prin semnalul ADD. După conversia analog-numerică, rezultatul este mai întâi memorat, pe tactul CONV în registrul RT 0.! În continuare schema prezintă două secţiuni aproape identice. Cea din partea superioară a schemei este destinată prelucrării : eşantioanelor impare, în modul de lucru NORMAL, cu un singur canal; eşantioanelor canalului A, în modul de lucru NORMAL, cu două canale; eşantioanelor minime, în modul de lucru ANVELOPĂ! Secţiunea din partea inferioară a schemei preia eşantioanele pare, în modul de lucru NORMAL, cu un singur canal; eşantioanele canalului B, în modul de lucru NORMAL, cu două canale; eşantioanele maxime, în modul de lucru ANVELOPĂ.! Fiecare secţiune conţine câte două registre de stocare şi câte un bloc de memorie RAM. Cele două blocuri RAM constituie memoria de achiziţie. Divizarea memoriei de achiziţie în două secţiuni, face ca în fiecare din ele să fie memorat un eşantion la două eşantioane achiziţionate, deci cu o frecvenţă de două ori mai mică, reducând astfel cerinţele privind timpii de acces. În exemplul considerat, fiecare din secţiuni are o capacitate de 56 cuvinte şi un timp de acces de 50 ns, iar perioada minimă de eşantionare este 40 ns. Adresele pentru cele două blocuri RAM sunt comune şi sunt generate de un numărător de adrese care numără pe tactul IADR modulo 56. Ca urmare, vor exista în memorie în permanenţa, ultimele 5 eşantioane. După cum s-a văzut, fereastra de achiziţie include atât o zonă prettriger, conţinând Na eşantioane, cât şi una posttrigger, de Na + eşantioane şi Na = Na + Na +. Pentru a realiza acest lucru, din momentul în care a apărut semnalul SY se mai achiziţionează Na + eşantioane, după care achiziţia este stopată. 3/

3 Sfârşitul ciclului de achiziţie e marcat de semnalul ACQ (achiziţie completă), iar ultima adresă este memorată în registrul RT-AF.! Funcţionarea diferă după cum se lucrează în : modul de lucru NORMAL; modul de lucru ANVELOPĂ. Modul NORMAL! În modul de lucru NORMAL, tactul CONV are perioada de repetiţie egală cu N xcx Ts = pentru C x > Cxm, sau T sm pentru Cx Cxm. N ' s! Prin divizarea cu a tactului CONV = SAVE se formează tactele SAVE0 şi SAVE 0. În acest mod de lucru, T = SAVE0, T = SAVE0 T3 = T4 = SAVE0! Rezultă cronogramele din figura 9. Dacă se lucrează cu un sigur canal, eşantioanele convertite sunt stocate pe rând, primul în RT, al doilea în RT ş.a.m.d.!. Eşantioanele şi sunt depuse în RAM şi respectiv RAM pe aceleaşi adrese. Numărătorul de adrese este apoi incrementat, deci tactul pe care este incrementat numărătorul de adrese poate fi tot semnalul SAVE0=IADR.! Când se lucrează cu două canale, există două posibilităţi; -modul COMUTAT, în care jumătate din eşantioane (de exemplu cele impare) sunt alocate canalului A, iar cealaltă jumătate, canalului B; -modul ALTERNAT, în care cele două canale sunt achiziţionate în două cicluri de achiziţie consecutive, în fiecare din acestea achiziţia desfăşurându-se ca în eşant cazul unui singur canal. eşant CONV CONV= SAVE SAVE0 SAVE0 RT0 RT RT3 RAM eşant RT0 RT RT4 RAM eşant 3/3 3

4 Fig. 9. Modul anvelopă! În modul de lucru ANVELOPĂ, tactul CONV are o frecvenţă mai mare decât /T i, rezultat din relaţia T i N s = Cx N x ; deci T s <T i, sau T i =MT s. În general, poate avea valoarea F smax.! Într-un interval de timp T i, se memorează două valori: valoarea maximă şi cea minimă a celor M=T i /T s eşantioane obţinute în acest timp.! Tactul SAVE0 se obţine prin divizarea frecvenţei tactului CONV cu M, având deci perioada T i. Avem deci: T(SAVE)=MT s =MT(CONV) T(SAVE0)=T(SAVE)=MT s =T i CONV SAVE0 T T MIN MAX esant 3 4 Fig. 0! După trecerea în a lui SAVE0 se generează câte un tact atât pentru T, cât şi T, înregistrând astfel primul eşantion în RT şi RT. Acestea sunt deci nişte tacte necondiţionate.! Vom presupune în continuare că tactele T şi T sunt generate pe durata cât COMP=0. Mai departe, comparatoarele digitale notate în schema din figura 8 cu COMP, compară eşantionul curent, de la ieşirea lui RT 0, cu eşantioanele de la ieşirile lui RT şi RT. Apariţia unei valori mai mici decât cea din RT va conduce la un impuls MIN iar acesta va genera un impuls T aşa încât valoarea respectivă este stocată în RT, în locul celei precedente. 4 3/4

5 Dacă, din contră, conţinutul lui RT 0 este mai mare ca cel al registrului RT, se generează un impuls MAX, iar acesta va conduce la apariţia unui impuls T, înregistrându-se astfel valoarea lui RT 0 în RT. Rezultă deci ca următoarele tacte T,T sunt condiţionate de ieşirile COMP, conform T = CONV MIN, T = CONV MAX. Şi în acest caz, T 3 =T 4 = SAVE0, iar înregistrarea în RAM-uri se face pe următorul tact SAVE0, când SAVE0=0. Blocul de conversie! Convertorul analog numeric va trebui să fie ales dintre cele de viteză mare. Se pot utiliza convertoare paralel, cu maximum 8 biţi, combinaţii paralel - serie sau structuri de tip pipe-line.! Există cazuri când nici viteza realizată de un convertor paralel nu mai este suficientă. In asemenea cazuri pot fi utilizate combinaţii de convertoare paralel lucrând în paralel, dar cu intrările decalate în timp. Un exemplu este reprezentat de convertorul ultrarapid din osciloscopul numeric HP54 (Hewlett-Packard), care realizează o frecvenţă de eşantionare de GHz, deci un timp de conversie de ns (figura ).! Se utilizează 4 convertoare foarte rapide paralel, cu o construcţie mai specială cu un timp de conversie de circa T CONVi = 4 ns. Ele sunt precedate de circuite de eşantionare /memorare, comandate pe rând prin semnalele S/ H i. Acestea eşantionează semnalul pe durata cât se aplică pe intrarea de comandă nivel logic şi menţin la ieşire valoarea memorată a semnalului pe durata cât semnalul de comandă este pe nivel 0. Pentru a se obţine viteza necesară sunt realizate în tehnologia GaAs. Fig. Convertorul ultrarapid din osciloscopul numeric HP54! Timpul de eşantionare (starea S) s-a presupus inclus în T CONVi. În această situaţie T CONV =0,5 T CONV i. 3/5 5

6 Fig. Cele 4 semnale S/ H i cu perioadă 4T sunt formate pornind de la un tact de perioadă T şi sunt decalate în timp, ca în figura. Rezultatele obţinute la ieşirile celor 4 convertoare sunt selectate pe rând de un multiplexor, ale cărui semnalede selecţie sunt comutate cu perioada T şi reţinute într-un registru de stocare. Între semnalele S/ H i şi tactul din care sunt formate acestea vor exista nişte mici întârzieri datorate timpilor de propagare. În plus, aceste întârzieri pot să nu fie riguros egale. Aceste variaţii ale momentelor de eşantionare pot provoca erori mari în amplitudine în cazul unor semnale cu viteză de variaţie foarte mare (de frecvenţă mare). Pentru a evita această sursă de erori se utilizează un circuit S/H comun, de foarte mare viteză, la intrare, comandat de un singur tact (acela de perioadă T). S/H i eşantionează semnale reţinute la momentele corecte de S/H, astfel încât eventualele decalaje în timp ale semnalelor S/H i nu mai contează.! O altă variantă, ieftină şi de o viteză relativ ridicată (00 Meşant/s), combină memorarea analogică la viteză mare, utilizând o memorie CCD (cu transfer de sarcină), urmată, de o conversie relativ lentă (convertor cu aproximări succesive) Vom avea în vedere, ca exemplu, sistemul de achiziţie al osciloscopului 430 (Tektronix). Într-un dispozitiv CCD semnalul este memorat prin intermediul sarcinii electrice ce poate fi transferată de la intrare în celulele respective. Citirea se face prin transferul spre exterior a acestei sarcini. În cazul de faţă se utilizează celule lucrând cu un tact cu 4 faze (4 porţi)/ celulă. Cu celulele respective se constituie o arie ca în figura3. 6 3/6

7 Fig. 3 Semnalul este mai întâi adiţionat prin porţile din grupul A. Acesta lucrează în 6 tacte ca un registru de deplasare. - La fiecare tact principal, semnalul de intrare este eşantionat şi sarcina respectivă este introdusă în prima celulă. - Sarcina preexistentă în celula trece în ş.a.m.d. - După 6T informaţia din celulele A este transferată în prima linie a zonei B. - In fine, după ce se umple şi această zonă, sarcina din linia 33 a zonei B este transferată în C. - După umplerea memoriei informaţia din C este extrasă cu un tact mai lent şi aplicată unui CAN cu aproximări succesive şi stocată într-o memorie numerică. - Capacitatea totală de memorie este de 33 x 6 = 58 eşantioane. Se utilizează două asemenea dispozitive, rezultând o capacitate de 056 eşantioane (de fapt utilizaţi pentru memoria de semnal sunt numai 08) Baza de timp! Conţine următoarele blocuri funcţionale (figura 4): A.- Oscilatorul cu cuarţ; B.- Divizoarele de frecvenţă pentru generarea semnalelor CONV, SAVE (care generează, de fapt, frecvenţa de eşantionare); C.- Numărătoare pentru fixarea poziţiei ferestrei de achiziţie (PFA); D.- Vernierul de timp (VT).! În funcţie de valoarea lui Cx, microcalculatorul stabileşte factorul de divizare Fd=F q /F s unde F q este frecvenţa oscilatorului pilot. El este transmis bazei de timp prin intermediul registrului RT-FD. Blocul de divizare generează în consecinţă tactul CONV, cu T(CONV)=T s, şi, de asemenea, în funcţie de modul de lucru (ANVELOPA/NORMAL), tactul SAVE. Ultimul e generat numai atâta timp cât AQ=(pe durata achiziţiei). 3/7 7

8 ! Începerea achiziţiei este dictată de microcalculator prin semnalul SAQ = 0.Acesta conduce la AQ=.! Blocul PFA preia de la microcalculator prin intermediul registrelor RS-NPT, Na _ (numărul de eşantioane pretrigger). El trebuie să asigure achiziţionarea a Na _ eşantioane înainte de SY şi Na + după SY. Pentru ca acest lucru să fie posibil, trebuie ca între momentul începerii achiziţiei ( SAQ = 0) şi apariţia impulsului SY să se fi achiziţionat cel puţin Na _ impulsuri. dacă această condiţie nu este îndeplinită (impulsul SY vine prea repede), se ignoră acest impuls SY şi se aşteaptă următorul. Ca urmare, din momentul aplicării SAQ = 0 se numără Na _ impulsuri SAVE (se aminteşte că la fiecare două impulsuri SAVE se memorează două eşantioane în memoria de achiziţie). De abia după aceea se validează impulsurile SY de la CF. În continuare, după apariţia SY se mai achiziţionează Na + eşantioane. După aceea, ciclul de achiziţie se încheie, AQ=0, se generează AQC (achiziţie completă) pentru înregistrarea adresei finale a memoriei de achiziţie în RSAF. Bloc de divizare programabil CONV SAVE RS-FD AQ factor de divizare RS- NPT nr. de eşantioane pretrigger SAVE Sy P F A AQ AQC SAQ DELTAT Sy Vernier timp RS- VT Fig. 4. Schema bloc a bazei de timp 8 3/8

9 ! Principalele funcţiuni ale bazei de timp sunt sintetizate în figura 5. DELTAT este un impuls adus în de primul impuls SY valid şi resetat de primul impuls SAVE ce urmează. O schemă mai detaliată pentru blocul PFA este prezentată în figura 6. Numărătoarele N şi N îndeplinesc funcţiile contorilor din organigramă şi se încarcă ambele paralel cu Na - După Na _ tacte, B(N )=, VALSY=.Bistabilul B memorează semnalul de validare sincro (VALSY). Primul impuls SY după validare, aduce bistabilul B şi semnalul SYVAL în. Din acest moment începe să numere înainte numărătorul N, având capacitatea N a. După Na + =Na-Na _ tacte, CO(N )=, deci ieşirea sa de transport, CO, generează semnalul ce indică sfârşitul achiziţiei, AQC. 3/9 9

10 DA SAQ=0 NU AQ=, N =Na - VALSY=0 Se activează SAVE NU SAVE DA N - Aşteaptă Na - impulsuri SAVE NU N <0 DA VALSY= Validează SY NU Sy DA N =Na - NU SAVE DA (N +)mod N a Mai achiziţionează Na + eşantioane NU N =0 DA AQ=0, AQC= Fig. 5. Funcţiunile bazei de timp 30 3/30

11 CD N B CU N CO AQC LD LD SAVE SAQ D D D Q Q B B B3 T T T SY SAVE R R R Q Q DELTAT SAQ VALSY SYVAL AQC D T B4 R Q Q AQ SAQ Fig. 6. Schema detaliata a blocului PFA! Trebuie subliniat că procesul de achiziţie nu se limitează la Na eşantioane, ci continuă, dacă nu a venit impulsul SYVAL, prin eliminarea din memoria de achiziţie (de capacitate Na) a eşantioanelor mai vechi, aşa încât în fiecare moment în memorie se reţin numai ultimele Na Vernierul de timp! În general, nu există o relaţie de sincronism între tactul SAVE(CONV), pe care are loc conversia şi semnalele SY. Dacă poziţia pe ecran a unui eşantion ar fi definită numai prin numărul de ordine al acestui eşantion, numărătoarea făcându-se începând de la impulsul SY, este posibilă o eroare de poziţie cel mult egală cu Ts. Ca urmare, la vizualizări repetate ale aceluiaşi semnal, va apărea un joc pe orizontală al imaginii (jitter), dând chiar impresia unei sincronizări incorecte. În situaţia când imaginea e vizualizată cu Ti=Ts, acest joc nu poate fi prea supărător. El devine important când imaginea este extinsă(ti<ts). 3/3 3

12 Ca urmare este necesar să se măsoare cu precizie mai mare intervalul de timp dintre impulsul SY şi primul front pozitiv al impulsului CONV sau SAVE. Acest interval de timp este convertit într-o tensiune continuă şi adăugat la semnalul de deflexie pe x, corectând jitterul.! Acesta este DELTAT, care este măsurat de vernierul de timp şi citit la fiecare ciclu de achiziţie de microcalculator. Teoretic, s-ar putea utiliza o schemă simplă de măsurare numerică a intervalului de timp (DELTAT deschide o poartă prin care trece un semnal de tact către un numărător. Numărul de impulsuri este T(DELTAT)/T tact ).! Rezoluţia măsurătorii este T tact, ceea ce impune o frecvenţă de tact foarte mare pentru o rezoluţie bună. Metoda poate fi aplicată pe treptele cu Cx mare(ts mic), unde dispunem de F >> F. smax s! În rest, se pot utiliza scheme cu integrator cu dublă pantă, care prin multiplicarea intervalului de timp măsurat, permit obţinerea unei rezoluţii mai mari Cursori! Pentru a putea citi cât mai uşor şi cât mai precis intervalele de timp sau tensiuni se utilizează cursori: -pe orizontală (de tensiune); -pe verticală (de timp). U, t, Fig. 7. Utilizarea cursorilor! Poziţia lor pe ecran este specificată printr-un număr cu o rezoluţie mai bună decât cea a imaginii (de exemplu, se pot utiliza 0 biţi-04 puncte pentru ambii cursori). Valorile U, t sunt prezentate pe un afişaj numeric exterior sau pe ecran.! Va exista un singur buton pentru modificarea poziţiei celor 4 cursori. (fig. 8) Aceasta se realizează prin divizarea variabilă a unei tensiuni V R cu ajutorul unui potenţiometru. Tensiunea respectivă este convertită într-un număr de 0 biţi în CAN. Există două comutatoare ce selectează cursorul reglabil:.v/t-(cursorul de tensiune sau timp), / - care selectează câte unul din cei doi cursori ai unei perechi. Cei 0 biţi daţi de CAN şi 3 3/3

13 cei doi biţi rezultaţi de la comutatoare sunt preluaţi de microprocesor şi introduşi în memoria sa prin intermediul a două registre tampon. Acestea preiau datele pe semnalul RCRS şi sunt activate şi citite pe rând prin semnalele OE, OE.! Cunoscând Cx şi Cy, microprocesorul transformă numerele respective, N T -N T şi N V - N V în nivele de timp sau tensiune, conform relaţiilor: N xcx t, = NT NT N ' TMax unde N TMax reprezintă numărul total de puncte ale cursorului de timp corespunzător scării gradate. De exemplu, în cazul reprezentării pe 0 biţi, N 0 TMax = = 04, N ' TMax = 000 Rezoluţia în citirea cursorului temporal este deci N xcx t0 = N' TMax În mod asemănător, pentru cursorii de tensiune: N yc y U, = NV NV N ' U VMax 0 = N N ' y C y VMax V R CNA OE RT RCRS OE RT V/T / + Fig. 8. Comanda cursorilor ] 3/33 33

14 3.4.4 Afişarea! După cum s-a mai arătat, există două variante principale de realizare a blocului de afişaj: sistemul specific osciloscopului clasic, în care semnalul ce trebuie vizualizat se aplică plăcilor de deflexie pe verticală, iar deplasarea spotului pe orizontală este realizată cu ajutorul unei tensiuni liniar variabile; sistemul cu rastru specific monitoarelor TV, în care fiecare imagine (cadru) este descompusă într-un număr linii, iar fiecare linie, într-un număr de puncte (pixeli). Semnalele aplicate celor două sisteme de deflexie au doar rolul acoperirii, linie după linie, a întregului ecran. Semnalul ce trebuie afişat, este aplicat sistemului de control a strălucirii. Imaginea este una sintetizată, cu multiple posibilităţi de introducere a unor cursori şi texte.! În cele ce urmează ne vom referi succint la unele aspecte legate de primul tip de afişaj. Blocul de afişaj poate lucra în două moduri distincte: NORMAL - fiecare ciclu de achiziţie este urmat de un ciclu de afişare - procesul de achiziţie este reluat ciclic şi o dată cu el şi cel de afişare; acest mod de lucru simulează funcţionarea fără memorie, beneficiind totuşi de posibilităţile de prelucrare numerică; MEMORIE - se afişează o imagine stocată în memorie.! Un ciclu de afişaj începe prin reactualizarea memoriei de afişaj. Aceasta conţine 3 elemente: memoria RAM pentru semnalul vizualizat - conţinând cele Ns eşantioane ale acesteia, de exemplu pe 8 biţi; -memoria RAM aferentă cursorului de timp; aceasta conţine 04 elemente binare( bit) şi va avea doar doi biţi în corespunzători punctelor luminoase, reprezentând poziţiile celor doi cursori, iar restul în 0; cursorii de timp se afişează simultan cu semnalul, acţionând asupra sistemului de control a strălucirii; memoria pentru cursorii de tensiune(verticali).! Pentru fiecare din cei doi cursori, această memorie trebuie să conţină câte o singură valoare, constantă, exprimată de exemplu pe 0 biţi. Cei doi cursori se afişează în două curse directe succesive, fiecare din ele destinată numai cursorului respectiv. Prin urmare, memoria va fi constituită dintr-un singur registru de memorie de 0 biţi ce conţine în binar poziţia pe ecran a unui cursor orizontal. 34 3/34

15 ! Se afişează în mod succesiv: un semnal video cu cursorii de timp; un al doilea semnal video cu cursorii de timp, dacă se lucrează cu canale alternate; o linie dreaptă reprezentând un cursor V; a doua linie reprezentând al doilea cursor V.! Fiecare din aceste 4 operaţii necesită o parcurgere completă a ecranului pe orizontală. Citirea memoriei video are loc pe durata fiecărei desfăşurări, sub acţiunea unui tact, generat de un numărător de adrese. În exemplul nostru, numărătorul de adrese este incrementat cu un tact cu frecvenţa de repetiţie /T V =5 khz. Rezultă astfel că durata unei desfăşurări(a unei curse directe) va fi 04 Tv = 8 ms şi este constantă, indiferent de Cx (deosebire esenţială faţă de osciloscopul analogic). Generarea semnalelor analogice pentru deflexia pe verticală.! Blocul acesta trebuie gândit astfel încât să permită reglajele Cx, Cy şi POZY chiar pentru o imagine memorată. Să stabilim locul unde trebuie amplasate aceste reglaje în osciloscop. În osciloscopul analogic treptele Cy se realizează la intrare sau în unul din primele etaje de amplificare pentru a nu fi depăşită gama dinamică a amplificatoarelor pe y. Osciloscopul numeric are o gamă dinamică şi mai clar limitată datorită convertorului analog numeric (-U ref /, U ref /). Ca urmare, este necesar să se păstreze reglajul de coeficientului de deflexie pe verticală înaintea convertorului. În acest fel se poate regla Cy pe durata achiziţiei (pentru semnalul achiziţionat), dar nu şi pe durata afişării a unui semnal memorat(aşa cum se întâmplă la un osciloscop cu memorie pe TK, unde nu se pot efectua reglaje asupra imaginii memorate). În cazul osciloscopului numeric, există posibilitatea modificării în anumite limite a lui Cy pentru o imagine memorată. Aceasta se realizează prin reglarea corespunzătoare a amplificării semnalului după conversia CNA. Prin acest reglaj nu se modifică rezoluţia determinată de numărul de biţi ai CNA - micşorând, de exemplu Cy faţă de Cy m (utilizat la achiziţia imaginii) de două ori, numărul de nivele pe verticală se înjumătăţeşte, iar diferenţa în tensiune între două nivele rămâne aceeaşi.! În figura 9, sunt reprezentate gamele dinamice ale semnalului în diferite puncte ale instrumentului. Evident, la intrare aceasta este N ycy, N ycy 3/35 35

16 S-a presupus o amplificare în tensiune a primelor două blocuri din schemă egală cu A. La nivelul convertoarelor, această gamă este U ref, Uref unde Uref = A N ycy. Dacă U M / este tensiunea necesară pe plăcile de deflexie y pentru a deplasa spotul de la mijlocul ecranului la extremitatea superioară, deci UM = A Uref = A A Cy = UM A A N y ACy PAy CAN CNA ADy N y C y C y POZ.Y C ym POZ.Y M N ycy N ycy A N ycy A N ycy Uref Uref AU ref AU ref Fig. 9. Realizarea gamelor dinamice! În ceea ce priveşte reglajul de POZy, plasarea sa înaintea CAN este obligatorie, pentru a aduce semnalul în domeniul de lucru al convertoarelor. Acest reglaj este activ pe durata achiziţiei semnalului. Asupra imaginii memorate el nu poate acţiona. Pentru a acţiona asupra imaginii memorate, butonul POZy trebuie să adune o componentă continuă reglabilă în ADy. Această tensiune trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - în modul de lucru normal (NORM) să fie nulă; - în modul de lucru MEM (reprezentarea unei imagini memorate)să fie nulă atât timp cât nu se manevrează butonul POZy astfel încât la trecerea de pe NORM pe MEM, imaginea să nu se deplaseze pe verticală.! În schema din figura 30, convertorului CNA i se aplică datele video, deci ieşirea acestuia reprezintă într-o primă formă semnalul analogic pentru deflexia pe verticală (semnalul propriu-zis, cu rezoluţia de 8 biţi, sau cursorii de tensiune, cu rezoluţia de 0 biţi).! Tensiunea de decalaj pentru corecţia poziţiei se aplică după CNA şi trebuie să îndeplinească condiţiile amintite mai înainte. 36 3/36

17 În acest scop, se utilizează un circuit de urmărire şi memorare U/M, care generează la ieşire o tensiune U MEM egală cu tensiunea de intrare, atâta timp cât semnalul de comandă U / M =. Din momentul când acesta devine 0, circuitul memorează şi menţine la ieşire valoarea tensiunii de intrare din momentul tranziţiei. În modul de afişaj normal, U MEM urmăreşte deci tensiunea de intrare. Când se trece în modul MEM, semnalul de comandă devine 0, astfel încât circuitul memorează tensiunea U POZ corespunzătoare poziţiei potenţiometrului pe durata achiziţiei.! Considerând CNA cu ieşire în curent I n i 0 = I R b i i= U U POZ U + I0 + R R R U = RI + ( U POZ U MEM = 0 ( 0 MEM )) RT-CY U ref CNA I _ + U CNA U ADY U Y A/ R R _ + U/M U/M U MEM POZ.Y A NORM - POZ.Y B Fig. 30. Etajul de ieşire pentru deflexia pe verticala 3/37 37

18 ! Evident, în modul NORM, U POZ =U MEM, deci U =-RI 0. Acelaşi lucru se întâmplă şi în modul MEM dacă nu se acţionează potenţiometrul de poziţie. Din momentul acţionării acestui potenţiometru, deoarece circuitul U/M nu mai lucrează în modul urmărire, apare o tensiune de decalaj, care deplasează imaginea pe verticală. Cum am mai arătat, pentru modificarea coeficientului de deflexie pe verticală pentru o imagine memorată, ar fi necesară modificarea corespunzătoare a amplificării amplificatorului de deflexie pe verticală, A. Mai elegant, acest reglaj se poate realiza utilizând un atenuator cu atenuare programabilă numeric, înainte de ADY. Pentru aceasta se foloseşte CNA, care are drept tensiune de referinţă semnalul util U. Prin intermediul RT-Cy i se aplică pe intrările de date un cuvânt prin care se reglează semnalul de ieşire în funcţie de Cy, deci! Semnalul la ieşirea ADY este deci U U Y U m m i i = U ref ci = U ci i= i= m i = ( RI0 + ( U POZ U MEM )) ci i= = iar amplificarea globală A d U m i = Ad ( RI 0 + ( U POZ U MEM )) ci i= m A d c i i= i Generarea semnalului analogic pentru canalul x! Sunt necesare 3 elemente: circuite pentru generarea unei rampe lineare sau în trepte; circuite pentru generarea şi memorarea unui semnal de corecţie a jitterului, ce va fi însumat cu rampa; circuite pentru amplificarea programată a rampei, în scopul posibilităţii reglării, în anumite limite, a lui Cx pentru o imagine memorată.! Generatorul de rampe poate fi realizat: numeric (rampă în trepte), aplicând unui CNA ieşirea numărătorului de adrese video; 38 3/38

19 analogic (rampă liniară) cu un GTLV pornit simultan cu începerea numărării la numărătorul de adrese video.! Sarcina acestui GTLV este mai uşoară decât a celui dintr-un osciloscop obişnuit, întrucât lucrează cu pantă fixă (independentă de Cx).! După cum s-a văzut, în fiecare ciclu de achiziţie se măsoară intervalul de timp t între impulsul SY şi următorul impuls SAVE. Acest interval diferă de la un ciclu de achiziţie la altul datorită nesincronismului dintre tactul de eşantionare al osciloscopului şi semnalul vizualizat. O desfăşurare porneşte în principiu sincron cu tactul. Ca urmare, dacă s-ar poziţiona de fiecare dată eşantioanele pe ecran numai în funcţie de numărul de ordine, ar putea rezulta un joc pe orizontală al imaginii(jitter), ca în figura 3, unde s-au luat doar două cicluri de achiziţie succesive. GTLV CNA ADX -U R CNA U CJ RT.CX POZ X RT.C.J. D0-7 D0-7 Fig. 3. Generarea semnalului analogic pentru canalul X t t a b Fig. 3. Aparitia jitterului pe orizontala 3/39 39

20 ! Pentru ca acest fenomen să nu apară, trebuie ca, faţă de momentul de declanşare a rampei, situat într-o poziţie constantă faţă de tact, să deplasăm prima formă de undă cu t, a doua cu t etc.! Această deplasare se realizează adăugând peste rampă o componentă continuă U. Notând cu m panta tensiunii liniar variabile, valoarea acestei tensiuni, necesară pentru obţinerea unei întârzieri t rezultă din relaţia (figura 33) U Td t = = U m U M! Tensiunea de corecţie este dată de CNA (figura 3), care are pe intrările de date un număr generat de microprocesor, pe baza informaţiei obţinute de la vernierul de timp. U U M U = U CJ = U m R i= c i i t T d Fig 33. Reglarea tensiunii de deflexie! Pentru a face posibilă modificarea în anumite limite, mai ales în sensul extinderii imaginii pe orizontală, a factorului C x după memorarea unei imagini, se poate modifica amplificarea canalului x, ceea ce este echivalent cu mărirea pantei tensiunii liniar variabile. În schema din figura 3 acest lucru se realizează cu ajutorul convertorului CNA, care funcţionează ca atenuator programabil Osciloscoape cu eşantionare în timp echivalent! Eşantioanele necesare pentru achiziţia unei imagini sunt luate în mai multe cicluri sincro succesive.! Acest lucru este posibil numai pentru semnale repetitive. Osciloscopul numeric în timp echivalent reprezintă de fapt o îmbinare a principiului osciloscopului analogic cu eşantionare cu introducerea memoriei numerice.! Sunt posibile următoarele variante: Eşantionare secvenţială(coerentă) În acest caz se ia câte un eşantion la fiecare ciclu sincro. Primul eşantion se ia la un timp foarte scurt după SY. Pentru fiecare din eşantioanele următoare, intervalul de timp faţă de impulsul SY este incrementat cu o cantitate fixă. SY 40 3/40 ciclul

21 Fig. 34. Eşantionarea coerenta Deci momentele de eşantionare sunt în mod esenţial determinate de impulsurile SY. Ca urmare, este imposibilă achiziţia şi vizualizarea semnalului pretrigger. Eşantionare aleatoare - Eşantioanele sunt achiziţionate într-o ordine aleatoare în raport cu locul pe care-l ocupă în înregistrare. - relaţia temporală exactă între aceste eşantioane şi SY se determină prin măsurarea intervalului de timp dintre SY şi momentul de eşantionare, în fiecare ciclu sincro. Înainte de primul ciclu sincro, se şterge memoria de achiziţie. - Eşantioanele se iau la intervale de timp egale, de exemplu Ts=5 ns, dar neexistând o relaţie de sincronism faţă de impulsurile SY, momentele de eşantionare din cicluri sincro diferite apar ca aleatoare. Ca urmare, măsurarea intervalelor de timp dintre SY şi momentele de eşantionare trebuie făcută în fiecare ciclu de achiziţie şi rezultatul memorat. - Este foarte importantă rezoluţia cu care se face această măsurătoare. Să considerăm, ca exemplu, un osciloscop destinat să lucreze până la GHz (T= ns). Dacă dorim să vizualizăm o perioadă a semnalului desfăşurată pe întregul ecran, presupunând N x =0, este necesar C x =00ps/div. O rezoluţie de o zecime de diviziune, deci de 0 ps este de dorit. ciclul t ciclul t 3/4 4

22 Fig 35. Eşantionarea aleatoare Deci la fiecare nou ciclu de sincro se reţine un număr de eşantioane şi o valoare t. Dacă C x este suficient de mare, există posibilitatea ca într-un singur ciclu sincro să se achiziţioneze toate eşantioanele necesare construcţiei imaginii. Se obţine deci, ca un caz particular, eşantionarea în timp real. Dacă în fiecare ciclu de achiziţie s-ar stopa achiziţia la apariţia impulsului SY, ar însemna că vom dispune în final de o imagine achiziţionată într-un timp N a T s pretrigger. De exemplu pentru N a =04 şi T s =5ns, rezultă t pt =5 µ s. În realitate există un numărător programabil de eşantionare pretrigger, ca şi în cazul osciloscopului în timp real, cu ajutorul căruia se poate selecta fereastra de timp ce se doreşte a fi achiziţionată. Rezultă concluzia importantă că un osciloscop cu eşantionare aleatoare permite vizualizarea semnalului şi înainte de îndeplinirea condiţiei de trigger. Existenţa unui vernier de timp ce permite măsurarea intervalelor t cu o rezoluţie foarte bună, dă posibilitatea unei benzi foarte largi. Pentru ca acest lucru să se poată realiza, un rol foarte important îl are circuitul de eşantionarememorare de foarte mare viteză (cu un timp de eşantionare foarte scurt). Lărgimea de bandă a osciloscopului poate fi astfel mult mai mare decât frecvenţa de eşantionare (spre deosebire de osciloscopul cu eşantionare în timp real). De exemplu, cu un CAN având F SMAX =40 MHz, se poate obţine un osciloscop cu o bandă de GHz. Sistemul de eşantionare aleatoare are şi un dezavantaj. Dacă presupunem Ts=5ns, există o anumită probabilitate ca într-un interval de timp, mai mic decât Ts, să se primească un eşantion de la un ciclu sincro. De exemplu, dacă această fereastră este de 0 ns, probabilitatea va fi de 0/5, iar dacă e de ns, de /5. Pentru exemplul considerat, C xm =00 ps/div, deci pentru N x =0 diviziuni, fereastra de timp de ns reprezintă un ecran. Pentru această fereastră sunt necesare în medie 5 cicluri sincro pentru a obţine un eşantion. Dacă în plus semnalul are o frecvenţă de repetiţie mică, de exemplu 000 Hz (perioadă mult mai mare decât fereastra de timp pe care dorim să o vizualizăm), vom dispune de 000 cicluri/secundă, deci de 40 puncte achiziţionate/secundă. Rezultă că într-un asemenea caz, achiziţia unei imagini poate dura mult, mai ales dacă se doreşte un număr mare de puncte. Se poate recurge eventual şi la interpolare. Schema bloc rămâne în principiu cea prezentată la început. Pentru realizarea unei benzi cât mai mari, esenţiale sunt blocurile preamplificator, eşantionare-memorare şi vernierul de timp. 4 3/4

23 Vernierul de timp! Vom prezenta o schemă utilizată în unele osciloscoape Hewlett-Packard pentru a obţine o rezoluţie de 0 ps (figura 36).! Se utilizează doi generatori de curent cu I =50I 0. Aceştia încarcă pe rând, prin intermediul unui comutator electronic, comandat de semnalul Q3, un condensator, C.! La venirea impulsului SY, Q 3 şi condensatorul începe să se încarce sub I. I u( t) = t C I u( t) = t C COMP trece în şi deschide poarta P. Când însă Q =, CLR = 0, şi cum aceasta este o comandă asincronă prioritară, numărătorul NUM stă în starea 0. Când Q trece în 0, condensatorul se descarcă sub curentul I 0. I 0 u( t) = u( t) ( t t) C 80MHz SY T s 40MHz D Q () T Q D Q () T Q Q S (3) R I I _ COMP P NUM CLR Fig 36. Vernierul de tipm pentru osciloscopul Hewelett Packard SY T s Q Q Q 3 CLR 3/43 43

24 Fig. 37! Deoarece acum Q =0, numărătorul începe să numere până în momentul când u(t)=0 şi COMP=0. Aceasta se întâmplă când u( t + τ ) = 0 deci I 0 u( t) τ = 0 C I τ = t = 50 t I! Numărătorul numără pe durata τ un număr N de impulsuri: τ 7 N = = Fsτ = t = 0 0,5T s 0! Evident, rezoluţia este t 0 = 0 s = 0 ps. Dacă s-ar fi utilizat metoda obişnuită de măsurare numerică a intervalului de timp, ar fi fost necesară o frecvenţă de tact de 00 GHz, frecvenţă la care numărarea este imposibilă.! În concluzie, schema realizează o amplificare a intervalului de timp măsurat de 50 de ori, utilizând un integrator cu două pante. t 44 3/44