Oscilloscope à mémoire numérique, la définition
Définition de l’oscilloscope numérique
L’oscilloscope à stockage numérique est un instrument qui analyse le signal numériquement et stocke les données dans la mémoire numérique électronique. En examinant les traces stockées dans la mémoire, il peut afficher des valeurs visuelles et numériques. Il numérise le signal d’entrée afin d’obtenir des signaux numériques ultérieurs. L’entrée est stockée dans la mémoire numérique sous la forme de 0 et de 1. Ce signal numérisé stocké est ensuite visualisé sur l’écran CRT après la reconstruction du signal sous forme analogique. Ici, la copie numérique de la forme d’onde d’entrée est stockée et analysée à l’aide de techniques de traitement numérique du signal. La fréquence maximale qui peut être mesurée à l’aide d’un oscilloscope numérique dépend essentiellement du taux d’échantillonnage et de la nature du convertisseur. Parfois, les gens font une confusion entre un voltmètre numérique et un oscilloscope numérique à mémoire. Un voltmètre numérique enregistre la fluctuation de la tension. Au contraire, l‘oscilloscope numérique affiche une représentation graphique du signal. Il permet également de déterminer une source de tension inattendue.
La mémoire numérique schéma de l’oscilloscope
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel de l’oscilloscope numérique à mémoire.
Schéma oscilloscope
Ici, le tube cathodique utilisé dans le circuit affiche les données stockées dans la mémoire numérique électronique. Comme les données en mémoire sont stockées sous forme numérique, le signal est reconstruit sous forme analogique afin d’être affiché sur l’écran du CRT.
Fonctionnement de l’oscilloscope à mémoire numérique
D’après la figure ci-dessus, nous pouvons voir qu’un signal d’entrée analogique est envoyé dans l’unité de préamplification. Cette unité amplifie l’entrée afin d’augmenter le niveau de l’amplitude du signal. Ce signal est ensuite transmis à un convertisseur analogique-numérique (ADC) et au détecteur de déclenchement. Lorsque la tension franchit la valeur seuil, l’appareil commence à enregistrer sur l’application du signal envoyé par l’unité de déclenchement. La sortie du préamplificateur est échantillonnée par l’ADC à intervalles réguliers. La sortie numérique fournie par l’ADC est stockée en mémoire à des emplacements consécutifs. L’enregistrement du signal se poursuit jusqu’à ce que la mémoire soit pleine.
Le convertisseur numérique-analogique utilisé dans le circuit produit un signal analogique à afficher sur le tube cathodique. Toute modification supplémentaire de l’entrée appliquée déclenche à nouveau l’oscilloscope, ce qui entraîne la réinitialisation de la mémoire. Cela signifie que la mémoire est écrasée par les nouvelles données à venir, sauf si le système est en mode HOLD. Par l’application du mode HOLD, les traces du signal peuvent être analysées par l’utilisateur selon son choix. La taille de l’unité de mémoire détermine le nombre d’échantillons qui y sont stockés. On peut modifier la durée d’enregistrement en changeant la fréquence d’échantillonnage de l’ADC.
Dans le cas de l’oscilloscope numérique, de nombreux canaux d’entrée différents sont utilisés. Mais la mémoire disponible pour chaque canal est réduite. Lorsque tous les canaux partagent une mémoire commune. Cela se fait par multiplexage. Ici, un oscillateur à 40 canaux est disponible dans le commerce avec une capacité de stockage de 25 000 points. De nombreux oscillateurs utilisent la capacité de stockage d’une disquette. Au moment de la numérisation, afin de s’assurer qu’aucune information n’est perdue, selon la théorie de l’échantillonnage, le taux d’échantillonnage doit être deux fois plus rapide que la fréquence la plus élevée du signal d’entrée. Si ce n’est pas le cas, l’effet de crénelage apparaît.
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Reconstruction de la forme d’onde
Bien que l’entrée soit échantillonnée conformément à la théorie de l’échantillonnage, l’effet de repliement peut toujours se produire. En effet, la sortie se présente sous la forme d’une série de points, qui correspondent à la valeur échantillonnée. L‘oscilloscope numérique à mémoire utilise la technique d’interpolation pour visualiser les ondes finales. L’interpolation est une technique qui crée de nouveaux points de données à l’aide d’un ensemble discret de points de données connus. Elle est essentiellement de deux types.
L’interpolation linéaire
Interpolation sinusoïdale
Jetons un coup d’œil à la figure illustrant les méthodes d’interpolation.
Méthodes d’interpolation dans un oscilloscope à mémoire numérique
Dans l’interpolation linéaire, les points sont reliés entre eux par une ligne droite. Elle peut être utilisée dans la génération d’ondes pulsées ou carrées mais pas dans le cas d’ondes sinusoïdales. Au contraire, dans l’interpolation sinusoïdale, les points sont reliés de manière à former une forme d’onde sinusoïdale. Mais elle ne convient pas aux ondes carrées ou pulsées. La technique d’échantillonnage donne lieu à un autre problème lorsqu’elle est utilisée dans les oscilloscopes numériques. Les transitoires ou glitchs qui existent entre les points d’échantillonnage peuvent être manqués. Ce problème est résolu par l’utilisation d‘oscilloscopes en mode enveloppe. Il utilise des circuits logiques spéciaux grâce auxquels les circuits d’échantillonnage et de numérisation fonctionnent à grande vitesse. Son fonctionnement est indépendant du réglage du temps d’affichage.
Dans ce cas, chaque valeur d’échantillon est comparée à la précédente et la valeur la plus élevée est stockée en mémoire.
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