Tempo equivalente sincrono, asincrono e quasi sincrono

Sostanzialmente, ci sono due metodi di campionamento in tempo equivalente: asincrono (casuale) e sincrono (sequenziale). Ognuno presenta i propri vantaggi. Il primo permette di visualizzare il segnale in istanti anche precedenti a quello di trigger; il secondo invece presenta prestazioni migliori dal punto di vista dell’accuratezza e della risoluzione, parametri che saranno trattati meglio in seguito.

Una terza tecnica, che deriva dalle prime due, è quella del tempo equivalente quasi – sincrono, che cerca di unire i vantaggi del sincrono e dell’asincrono [1,2,10,11,12].

Tempo equivalente asincrono

Il clock che scandisce l’operazione di acquisizione dei singoli campioni corre in maniera asincrona sia rispetto al segnale da campionare che a quello di trigger: da cui il nome di asincrono.

Tecniche di campionamento ottico

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I campioni sono inoltre presi continuamente ed indipendentemente dall’istante di trigger, risultando quindi casuali rispetto ad esso, ecco perché i termini “asincrono” e “casuale” sono usati come sinonimi.

La figura 3.1 mostra schematicamente la situazione che si viene a creare. Il campionamento, come poi accade nella realtà, è inteso come interazione tra un segnale under test e una sequenza di impulsi, idealmente delta di Dirac (i cui istanti di applicazione identificano quelli di campionamento) detto appunto segnale di campionamento.

I campioni collezionati in questo modo non possono essere direttamente visualizzati, perché, come risulta evidente dalla figura, non sono disposti nell’ordine corretto. Il blocco di visualizzazione ha bisogno di un’informazione di temporizzazione che è nota se è nota la differenza Ts-Tc, dove Ts e Tc sono gli

inversi della frequenza di ripetizione del segnale e della frequenza del segnale di campionamento rispettivamente.

Fig.3.1: Campionamento asincrono

Per una corretta visualizzazione è dunque necessario riordinare i campioni. Nella parte destra della figura è riportata la forma d’onda ricostruita riordinando i campioni. Si nota come i campioni riportati agli istanti temporali

to, t1,..,ti non rispettino l’ordine di acquisizione, come mostrato dai numeri

La formula che permette di riordinare i campioni esprime il tempo di presentazione dell’i-esimo campione in funzione della differenza Ts-Tc come

s c s i T T T i t t = ₀+ ( − ) (3.1)

dove t0 è l’istante iniziale e può essere posto uguale a zero per comodità

[12].

La possibilità di acquisire e visualizzare anche i campioni precedenti al trigger è il principale vantaggio di questa tecnica.

A seconda della velocità di acquisizione però (e dell’ampiezza della finestra temporale della visualizzazione), nel campionamento asincrono è possibile che più di un campione per evento di trigger possa essere acquisito. Ma col crescere della frequenza di ripetizione del segnale, ovvero col diminuire dell’ampiezza della finestra di acquisizione è possibile che il campionatore non campioni ad ogni evento di trigger. In questi casi è inoltre necessaria una maggiore precisione in termini di risoluzione che, con questa tecnica, è difficile da ottenere. Questo si traduce in limiti di banda più stringenti rispetto al caso del campionamento sincrono.

Tempo equivalente sincrono

Con questa strategia il campionatore acquisisce solo un campione per evento di trigger, indipendentemente da altri parametri.

Quando il segnale di trigger è attivato, viene prelevato un campione dopo un intervallo di tempo molto breve ma ben determinato. Dopo l’evento di trigger successivo, il secondo campione viene acquisito aggiungendo a tale intervallo di tempo un incremento ∆T, anch’esso ben determinato. Nella ripetizione successiva, il tempo che intercorre tra l’evento di trigger e l’acquisizione del

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campione è incrementato sempre della quantità ∆T rispetto alla ripetizione precedente.

In questo modo, ad ogni ripetizione si aggiunge un nuovo campione fino a coprire una finestra temporale pari a tutto il periodo di ripetizione del segnale da campionare.

Si capisce che, in questo modo, i campioni acquisiti non hanno bisogno di essere riordinati in quanto conservano la sequenzialità lungo la forma d’onda. Il blocco di visualizzazione ricostruirà quest’ultima riportando i campioni con lo stesso ordine nel quale sono stati collezionati.

Tecnologicamente parlando, è più facile generare l’incremento temporale

∆T in maniera estremamente precisa, come il campionamento sincrono richiede,

che non misurare con la stessa precisione la distanza temporale di un campione dall’evento di trigger, operazione che sta alla base del riordinamento dei campioni nel campionamento asincrono. Questo, com’è intuitivo, si traduce in accuratezza dell’operazione di campionamento e dà ai campionatori sincroni la loro enorme risoluzione [10].

Ciò che invece rappresenta un limite è che, mentre nei campionatori asincroni la frequenza di campionamento non è legata a quella del segnale, in quelli sincroni le due frequenze sono in relazione, in quanto il segnale di trigger rispecchierà sicuramente l’andamento ripetitivo del segnale in ingresso.

Per legare le due frequenze e generare gli impulsi correttamente è dunque necessario che una parte del circuito si occupi del recupero del sincronismo con il segnale da campionare.

Tempo equivalente quasi-sincrono

Come già accennato, esiste una terza tecnica di campionamento in tempo equivalente. Essa è detta quasi–sincrona perché si propone di riassumere in sé i vantaggi di quella sincrona e di quella asincrona.

Fig.3.2: Campionamento quasi – sincrono

La frequenza degli impulsi di campionamento è legata a quella del segnale in ingresso (come nel campionamento sincrono) secondo una relazione ben precisa. Se il segnale è periodico di periodo T=N Tb , con Tb tempo di bit e N

numero di bit contenuto nella sequenza da campionare, il periodo del segnale di campionamento viene imposto pari a Tc=N Tb+ ∆t, dove ∆t è la risoluzione

temporale desiderata.

Questo equivale a fissare un mismatch frequenziale e a mantenerlo costante durante l’acquisizione. Praticamente è necessario l’uso di un oscillatore locale che imponga una frequenza flo direttamente dipendente da ∆t., secondo la

formula: 2 2 2 N t s s s lo f N t f t N f f ≅ ∆ ⋅ ∆ + ∆