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Risoluzione, banda passante, frequenza di campionamento e numero di canaliAlta risoluzione o alta definizione sono due termini oggi comunemente utilizzati dai produttori di oscilloscopi digitali per pubblicizzare le caratteristiche dei loro più moderni strumenti a banda larga.

Tuttavia, i costruttori utilizzano una varietà di architetture hardware e software per aumentare la risoluzione degli oscilloscopi digitali, alcune delle quali impongono di accettare dei compromessi sulle prestazioni degli strumenti.

Questo white paper offre una panoramica dettagliata dei vari approcci utilizzati nella progettazione di oscilloscopi digitali ad alta risoluzione, con esempi pratici del loro impatto sulle prestazioni dello strumento.

L'eredità degli 8 bit

Quando negli anni '80 sono arrivati sul mercato i primi oscilloscopi digitali, la loro risoluzione verticale era di 8 bit.

Tutti ci lamentavamo, ma allora non pensavamo che si potesse fare molto meglio.

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Ora, invece, assistiamo a un'esplosione sul mercato di oscilloscopi ad alta definizione o ad alta risoluzione da 1 GHz o anche più di larghezza di banda, con una risoluzione verticale pubblicizzata di 10 bit, 12 bit o anche (incredibilmente!) di 16 bit.

Ma sarà tutto vero? Come si fa a capire se si ottiene veramente nella pratica ciò che viene pubblicizzato?

Qual è, se c'è, la differenza tra alta definizione e ad alta risoluzione? Ma, soprattutto, quali sono le caratteristiche che davvero ci servono nella nostra quotidianità?

Gli oscilloscopi HD sono come le auto 4x4?

Ricordate quando c'era una sola azienda automobilistica produceva automobili a trazione integrale, o 4x4  Ora sembra che ogni costruttore di automobili produca un'auto o un minivan 4x4. Si comportano tutte allo stesso modo?

I dati dicono "No, per lo più non lo fanno". Molte di queste auto semplicemente sono delle "imitazioni" delle vere auto 4x4, che possono funzionare abbastanza bene per alcune persone che a volte percorrono strade in condizioni non impegnative, oppure che servono a  "spuntare una casella" in una lista di caratteristica che emotivamente colpiscono e rassicurano il potenziale acquirente.

Ma se avete intenzione di guidare in montagna per andare a sciare, probabilmente desiderate le migliori prestazioni che si possono ottenere, e non sarebbe male se montasse anche quattro gomme da neve. Se la migliore 4x4 sul mercato non costasse di più di una buona 4x4, perché non si dovrebbe volere il meglio?

Questa è la stessa situazione in cui ci troviamo oggi con gli oscilloscopi ad alta definizione e ad alta risoluzione. Molti strumenti sono commercializzati pubblicizzando caratteristiche di alta risoluzione, ma senza indicare la larghezza di banda corrispondente disponibile, la frequenza di campionamento e il numero di canali.

Alcuni di questi oscilloscopi utilizzano semplicemente al loro interno un singolo componente ad alta risoluzione, come un convertitore analogico-digitale (ADC), che viene inserito in un percorso di trattamento del segnale di tipo convenzionale caratterizzato da un rumore relativamente elevato, il che fa dubitare della capacità pubblicizzata di poter funzionare davvero ad alta risoluzione quando si affrontano le applicazioni pratiche.

Ciò significa che non si tratta di veri e propri oscilloscopi ad alta risoluzione, bensì di oscilloscopi digitali convenzionali 8 bit che utilizzano tecniche di post-elaborazione software per ottenere una maggiore risoluzione. Funzioneranno sufficientemente bene per alcuni utenti per un po' di tempo in condizioni di utilizzo non impegnative.

Tuttavia, una volta che si sa cosa cercare in un oscilloscopio ad alta definizione o ad alta risoluzione, è possibile confrontarlo
con le proprie esigenze applicative e fare una valutazione onesta ed equilibrata.

Se avete intenzione di usare un oscilloscopio digitale per affrontare attività di debug impegnative, oppure volete assicurarvi che il vostro oscilloscopio non nasconda qualcosa di criticamente importante per capire a fondo le prestazioni del circuito, il tempo investito nella comprensione delle prestazioni di un oscilloscopio ad alta risoluzione nel mondo reale sarà stato ben speso.

Alta definizione e alta risoluzione

Da molto anni erano disponibili sul mercato oscilloscopi digitali o sistemi di acquisizione dati con risoluzione di 12 bit (o superiore), ma con larghezze di banda molto basse, dell'ordine dei kHz o di qualche decina di MHz al massimo.

Per gli oscilloscopi digitali con larghezza di banda medio/alta (200 MHz o superiore), invece, storicamente la risoluzione di 8 bit è sempre stata quella comunemente più usata.

Tuttavia, negli ultimi anni si è assistito ad una notevole diffusione di nuovi oscilloscopi con una risoluzione maggiore di 8 bit. I termini intercambiabili di oscilloscopio "ad alta definizione" e "ad alta risoluzione" sono stati ampiamente utilizzati da diversi costruttori di strumentazione elettronica per sottolineare il miglioramento delle prestazioni dell'oscilloscopio in almeno una modalità operativa rispetto a quanto è possibile ottenere con un oscilloscopio convenzionale a 8 bit.

Come spiegato più dettagliatamente nei vari capitoli del white paper, molti oscilloscopi digitali pubblicizzati come strumenti "ad alta definizione" o "ad alta risoluzione", in realtà sacrificano una qualche combinazione di parametri operativi tra larghezza di banda, frequenza di campionamento e numero di canali, per ottenere una risoluzione più elevata.

Le caratteristiche di alta risoluzione pubblicizzata da alcuni produttori non hanno però avuto riscontro nell'utilizzo in molti casi applicativi reali, a causa della mancata riduzione del rumore negli stadi d'ingresso dei loro oscilloscopi. 

È pertanto importante comprendere bene i limiti di applicabilità delle affermazioni dei costruttori sulle prestazioni ad alta risoluzione dei loro strumenti e come le prestazioni ottenibili nelle applicazioni del mondo reale di alcuni oscilloscopi ad alta risoluzione influiscano sulla possibilità concreta di effettuare misure sui sistemi elettronici embedded, sui sistemi di conversione di potenza e per la verifica delle interferenze elettromagnetiche. 

Scarica il white paper completo

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