Introduzione all’uso dell’oscilloscopio AGILENT 54641A Appendice D

Appendice D

Introduzione all’uso dell’oscilloscopio

AGILENT 54641A

L’oscilloscopio digitale Agilent 54641A ha 2 canali con larghezza di banda di 350 MHz e

sample rate pari a 2 Gsample/s.

Fig. D.1 : Immagine dell'oscilloscopio

È dotato di un display che mostra i segnali relativi ai 2 canali ed un menù digitale dal quale è possibile accedere alle varie funzioni dell’oscilloscopio; fra queste le principali sono:

• effettuare misure sui segnali (periodo, duty-cycle, valori min e max, media,…)

• eseguire vari tipi di trigger sui segnali (è presente anche un ulteriore ingresso per il trigger con segnale esterno)

• eseguire operazioni matematiche sui 2 segnali (FFT, d/dt, ∫dt, somma, moltiplicazione)

• salvare i segnali o su floppy o sulla memoria interna dell’oscilloscopio ed eventualmente richiamarli

• possibilità di settare con precisione le scale (sia temporale che di ampiezza).

Lo strumento possiede anche una porta parallela dedicata per la stampante oltre che una porta GPIB e una porta seriale RS-232.

Il pannello frontale dello strumento è stato riprodotto in ambiente labVIEW e si presenta come nella figura seguente :

Fig. D.2 : Riproduzione del pannello di controllo dello strumento

Nella parte sinistra sono stati riprodotti il display e il menù digitale, mentre nella parte destra si trovano tasti e manopole che permettono di accedere alle pagine del menù digitale e usare le funzioni disponibili oltre che settare tutti i parametri per la visualizzazione delle forme d’onda sul display.

• una linea di stato che contiene informazioni sulle scale verticali e orizzontali del display e sul trigger

• Il display vero e proprio su cui sono visualizzate le forme d’onda ed anche gli indicatori del livello del trigger e del livello di terra dei 2 canali. Nel display è riprodotta una griglia composta da 10 divisioni sulla scala orizzontale e 8 divisioni su quella verticale

• una seconda linea di stato in cui sono riportati i risultati delle misure eseguite con i cursori

• il menù digitale composto da più pagine alle quali si accede tramite i tasti presenti sul pannello.

Nella parte destra dell’interfaccia possiamo vedere che i tasti e le manopole sono raggruppati a seconda della loro funzione:

Fig. D.3 : Sezione dei controllo

• il gruppo Horizontal contiene i controlli relativi alla scala orizzontale

• il gruppo Run Control contiene il tasto Acquire che comanda l’acquisizione dei dati e quello che permette di accedere al menù Save/Load

• il gruppo Measure contiene i tasti per accedere al menù Cursors e al menù Measure

• nel gruppo Analog si trovano i controlli relativi alla scala verticale dei 2 canali nonché i tasti che permettono di accedere ai menù Math e Statistic e ai menù relativi ai canali 1 e 2

• nel gruppo Trigger troviamo la manopola che controlla il livello del trigger e il tasto che permette di accedere al menù Edge.

Infine, non appartenenti a nessun gruppo, ci sono:

- una manopola, contrassegnata dal simbolo con al centro un led verde, che viene utilizzata per regolare gli eventuali parametri presenti nelle varie pagine del menù. Quando ci si trova in una pagina del menù in cui è possibile usare questo controllo il led si accende

- un tasto Display che serve per regolare l’intensità della griglia del display

- una casella di testo Address in cui inserire l’indirizzo IP del server dal quale si acquisiscono i dati.

Verrà data ora una descrizione dettagliata delle funzioni svolte dai vari controlli presenti sul pannello e delle varie pagine del menù digitale.

Il gruppo Horizontal

In questo gruppo troviamo:

• La manopola Time/div che consente di impostare la scala dei tempi da un minimo di 1 ns/div ad un massimo di 50 s/div con sequenza di incremento 1-2-5 (cioè 1 ns, 2 ns, 5 ns, 10 ns, 20 ns, 50 ns, 100 ns, 200ns, …, 1 ms, 2 ms, 5 ms, …, 10 s, 20 s, 50 s). Il valore scelto è visualizzato nella linea di stato sopra il display.

La manopola che regola il ritardo, contrassegnata dal simbolo

Questa manopola fa traslare le forme d’onda orizzontalmente. Il valore del tempo di ritardo è visualizzato nella linea di stato ed indica quanto è distante il punto di inizio del segnale (il primo campione disponibile) dal simbolo

• Il tasto Main/XY che, se premuto, permette di accedere al rispettivo menù

Fig. D.4 : Main / XY menù

In questo menù troviamo:

- 2 tasti, Main e XY, che permettono di scegliere tra la modalità principale di visualizzazione delle 2 forme d’onda (Main) e la modalità XY: in questa modalità si passa da una visualizzazione volts-tempo ad una volts-volts cioè la scala dei tempi scompare e viene rappresentata sull’asse x l’ampiezza della forma d’onda 1 e sull’asse y quella della forma d’onda 2. Quando ci si trova in modalità XY sono disattivate le funzioni Measure, Math, Statistic e tutto il gruppo Trigger.

- Un tasto Vernier che, se premuto, permette di cambiare la scala dei tempi con incrementi minori rispetto alla sequenza 1-2-5, sempre usando la manopola Time/div.

Gruppo Run Control

In questo gruppo si trovano:

• Il tasto Acquire che, se premuto, fa partire la procedura di acquisizione dal server

• Il tasto Save/Load che permette di accedere al relativo menù (Fig. 1.6)

Fig. D.5 : Save / Load menù

In questo menù sono presenti:

- Un tasto Save Data che, se premuto avvia, in una finestra separata, un'applicativo detto Save Graph in cui viene visualizzato il display (Fig D.6 ) In questa vi possiamo scegliere di salvare il grafico con le forme d’onda in formato Jpeg o i dati in un file di testo (vengono salvati i 2000 campioni di ciascuna forma d’onda in formato numerico e anche i valori delle scale orizzontale e verticale)

- I tasti Save Raw Data e Load from File. Il primo permette di salvare in un file di testo i dati “grezzi” delle forme d’onda, cioè non ancora convertiti in formato numerico, in modo da poterli richiamare in qualsiasi momento mediante il tasto Load from File.

- Il menù Source che permette di scegliere quale forma d’onda salvare o su quale canale caricare le forme d’onda salvate (A, B o A e B).

Fig. D.6 Pannello di controllo della vi Save Graph

Gruppo Measure

In questo gruppo si trovano:

Il tasto Cursor che, se premuto, permette di accedere al relativo menù (Fig. ) e contemporaneamente fa apparire la linea di stato sotto il display

Fig D.7 Cursors menù

È possibile utilizzare 2 cursori orizzontali denominati X1 e X2 e 2 verticali, Y1 e Y2. Il menù Source permette di scegliere su quale forma d’onda effettuare le misure. Il tasto XY

permette di scegliere se usare i cursori X o quelli Y mentre la manopola permette di spostarli. Il cursore selezionato è visualizzato con un colore più acceso degli altri.La

differenza DX fra X1 e X2, il suo inverso 1/DX e la differenza DY fra Y1 e Y2 sono visualizzate nella linea di stato sotto il display. È possibile spostare i cursori indipendentemente, selezionandoli mediante i rispettivi tasti, oppure, premendo il tasto

X1X2 o Y1Y2, farli spostare insieme e il valore DX o DY rimarrà costante.

• Il tasto Measure che, se premuto, permette di accedere al relativo menù (Fig. 1.9) in cui si trovano:

Fig D.8 : Measurement menù

- Il menù Source che permette di scegliere su quale forma d’onda effettuare le misure

- Il menù Select che permette di scegliere quale grandezza misurare

- Il display Measure in cui viene visualizzata la grandezza che si è scelto di misurare. Nel display successivo viene visualizzato il risultato della misura

- Il tasto Thresholds che permette di accedere ad un’ulteriore pagina in cui è possibile settare i valori (in percentuale) delle soglie usati per eseguire le misure (Fig. 1.10).

Per quel che riguarda le grandezze da misurare possiamo scegliere fra:

1. Misure di tensione che comprendono:

- Amplitude (ampiezza): è la differenza fra i valori Top e Base

- Average (media): è la somma del valore dei campioni della forma d’onda diviso il numero dei campioni stesso

- Base: è la Moda (valore più comune) della parte inferiore della forma d’onda - Maximum (massimo): è il valore massimo della forma d’onda

- Minimum (minimo): è il valore minimo della forma d’onda

- Peak-peak (valore picco-picco): è la differenza fra il valore massimo e il minimo - RMS (Root Mean Square) (valore quadratico medio): è calcolato con la seguente

formula:

- Top: è la moda (valore più comune) della parte superiore della forma d’onda

- Preshoot: è la distorsione che precede una transizione di stato del segnale, espresso in percentuale rispetto all’ampiezza

2. Misure di tempo che comprendono:

- Duty cycle: è il rapporto per il semiperiodo positivo +width e il periodo completo espresso in percentuale

- Fall time: è la differenza di tempo fra il passaggio della soglia superiore e quello della soglia inferiore in una transizione alto-basso del segnale

- Frequency (frequenza): è definita come 1/periodo

- Period (periodo): è la durata di un ciclo della forma d’onda, cioè la differenza di tempo fra 2 passaggi consecutivi con la stessa polarità della soglia mediana - Rise time: è la differenza di tempo fra il passaggio della soglia inferiore e quello

della soglia superiore in una transizione basso-alto del segnale

- +Width: è la differenza di tempo fra il passaggio della soglia mediana del fronte di salita e quello del fronte di discesa della forma d’onda

- -Width: è la differenza di tempo fra il passaggio della soglia mediana del fronte di discesa e quello del fronte di salita successivo della forma d’onda

Period = (+Width) + (-Width)

- X at Max Y: è il valore dell’asse X (di solito il tempo) in corrispondenza del quale la forma d’onda assume il valore massimo

- X at Min Y: è il valore dell’asse X (di solito il tempo) in corrispondenza del quale la forma d’onda assume il valore minimo.

Nel caso di segnali periodici queste ultime 2 grandezze indicano il valore dell’asse X in corrispondenza del quale si trova rispettivamente il 1° massimo e il 1° minimo.

Gruppo Analog

In questo gruppo troviamo:

• Le manopole Volt/Div 1 e Volt/Div 2 che consentono di impostare la scala verticale da un minimo di 2 mV/div ad un massimo di 5 V/div con sequenza di incremento 1-2-5 (2 mV, 1-2-5 mV, 10 mV, 20 mV, 1-2-50 mV, 100 mV,…, 2 V, 1-2-5 V). Il valore scelto è visualizzato nella linea di stato sopra il display

Le manopole contrassegnate dal simbolo

• che permettono di spostare verticalmente le 2 forme d’onda. Ciascuna manopola è dotata di un indicatore che visualizza la differenza, espressa in Volts, fra il centro del display e il livello di terra di ciascun segnale

• I tasti 1 e 2 che, se premuti, permettono di accedere al menù del canale (Fig. 1.15) oltre che rendere visibile sul display il rispettivo segnale.

Fig. : D.10 Channel 1 menù

I menù relativi ai 2 canali sono identici e comprendono:

- Un menù Coupling con cui possiamo scegliere se visualizzare la forma d’onda in modalità AC (Alternating Current) o DC (Direct Current).

In modalità AC viene rimossa dal segnale la componente continua (nel programma questa funzione è realizzata andando a sottrarre da ogni campione il valor medio del segnale mentre nell’oscilloscopio viene inserito in serie col segnale un filtro passa alto a 3.5 Hz).

Da quanto detto, se un canale è in modalità DC, è possibile valutare rapidamente la componente continua del segnale (valor medio) andando a misurare la sua distanza dal simbolo che indica la terra. Ne segue anche che, quando il canale è in modalità AC, il livello basso del segnale corrisponderà con la terra. Per un corretto funzionamento della funzione DC/AC è necessario che, al momento dell’acquisizione, l’oscilloscopio sia impostato, per entrambi i canali, su DC

- Un tasto Vernier che, se premuto, permette di variare la scala verticale con incrementi minori rispetto alla sequenza 1-2-5, sempre usando la manopola Volt/Div

- Un tasto Invert che, se premuto, inverte il segno dei campioni del segnale.

• Il tasto Math che, se premuto, permette di accedere al relativo menù (Fig. 1.16) oltre che a rendere visibile sul display il segnale che si ottiene eseguendo l’operazione matematica selezionata.

Nel menù Math possiamo scegliere quali operazioni compiere con segnali (1*2, 1-2, d/dt, ∫dt o FFT) e, tramite il tasto Settings, accedere ai relativi menù

Nei menù relativi ai segnali 1*2 e 1-2 (Fig. 1.17) possiamo impostare la scala verticale (V2/div per 1*2, V/div per 1-2) e il valore dell’Offset tramite la manopola .

- . Per poter ottenere il segnale 1+2 è sufficiente invertire il segnale 2 tramite il tasto Invert del relativo menù e poi scegliere l’operazione 1-2

Fig. D.12 : 1*2 Settings menù

- Selezionando la funzione FFT viene eseguita la Fast Fourier Transform del segnale prescelto, lo spettro ottenuto è visualizzato sul display con scala verticale in dBm e scala orizzontale in Hz. Il menù relativo alla FFT è composto da 2 pagine. Nella prima (Fig. 1.19) troviamo:

il tasto Source che permette di scegliere su quale forma d’onda eseguire la trasformata (1, 2, 1+2, 1-2, 1*2); il tasto Span che permette di impostare la larghezza complessiva dello spettro visibile sul display (per ottenere il numero di Hz per divisione basta dividere per 10 il valore impostato di Span);

Fig. D.13 : FFT Settings menù (1 di 2)

il tasto Center che permette di traslare orizzontalmente lo spettro e infine il tasto

la scala del tasto Center (per es. impostando Increment = 1KHz il valore di Center varierà di 1KHz alla volta 0 Kz, 1 Khz, 2 KHz, ecc…; impostando Increment = 10 KH il valore di Center varierà secondo la sequenza 0 Hz, 10 KHz, 20 KHz, ecc…)

Premendo il tasto More FFT si accede alla seconda pagina del menù FFT (Fig. 1.20) in cui possiamo impostare la scala verticale dello spettro (in dBm/div) tramite il tasto Scale e regolare l’offset tramite l’omonimo tasto. Infine, tramite il menù Window, possiamo scegliere che tipo di finestra usare per il calcolo della FFT: Hanning, Flat Top o Rectangular.

Fig. D.14 : FFT Settings menù (2 di 2)

La funzione Math può considerarsi come un terzo canale oltre a quelli relativi alle 2 forme d’onda e infatti, quando è attiva, può essere selezionata come sorgente nei menù Cursor, Measure e Statistic. La forma d’onda Math può anche essere salvata insieme alle tracce dei 2 segnali o in formato Jpeg o in formato Text. · Il tasto Statistic che, se premuto, permette di accedere al relativo menù oltre che

rendere visibile sul display l’istogramma della forma d’onda selezionata. Il menù Statistic è composto da 2 pagine: nella prima (Fig. 1.21) troviamo:

Fig. D.15 : Statistic menù (1 di 2)

il tasto Source che permette di scegliere quale forma d’onda usare come sorgente. Nelle 2 caselle successive sono visualizzati il valore Max e Min della forma d’onda prescelta da cui si ricava il range di ampiezze su cui verrà calcolato l’istogramma. Il tasto Intervals permette di scegliere in quanti intervalli dividere questo range mentre nella casella D si trova l’ampiezza del singolo intervallino.

Premendo il tasto More Statistic si accede alla seconda pagina del menù Statistic (Fig. 1.22) in cui si trovano:

il tasto Source che permette di scegliere quale forma d’onda usare come sorgente. Nelle 2 caselle successive sono visualizzati il valore Max e Min della forma d’onda prescelta da cui si ricava il range di ampiezze su cui verrà calcolato l’istogramma. Il tasto Intervals permette di scegliere in quanti intervalli dividere questo range mentre nella casella D si trova l’ampiezza del singolo intervallino.

Premendo il tasto More Statistic si accede alla seconda pagina del menù Statistic (Fig. 1.22) in cui si trovano:

Fig. D.16 : Statistic menù (2 di 2)

un indicatore che fornisce, per ogni singolo intervallino, il suo n° progressivo, il valore di ampiezza in cui è centrato e il n° di campioni che vi cadono dentro. Questo indicatore è collegato ad una sbarretta, che appare insieme all’istogramma, che si posiziona sull’intervallo selezionato per facilitarne l’ individuazione.

In questa pagina è anche presente un tasto per la regolazione della scala verticale dell’istogramma ed un menù Measure che permette di misurare i principali parametri statistici della forma d’onda scelta come sorgente. Possiamo misurare la Media (Mean), la Mediana (Median), la Moda (Mode), il valore quadratico medio (Root Mean Square), la Deviazione Standard (Standard Deviation) e la Varianza (Variance).

Gruppo Trigger

Nel programma realizzato è stato riprodotto un solo tipo di Trigger, Edge Trigger che individua il punto di trigger andando a ricercare nella forma d’onda uno specifico livello di tensione che venga attraversato con una data pendenza (positiva o negativa).

In questo gruppo infatti troviamo:

· La manopola Level, col relativo indicatore, con cui possiamo scegliere il livello di soglia del trigger

· Il tasto Edge che, se premuto, permette di accedere al relativo menù (Fig. 1.23).

Fig. D.17 : Edge Trigger menù

Qui è possibile scegliere:

La pendenza con cui deve venire attraversata la soglia mediante il tasto - Su quale forma d’onda effettuare il trigger mediante i tasti 1 e 2

· Il tasto Show che permette di visualizzare sul display il livello di soglia scelto con la manopola Level.

Le informazioni relative alla pendenza e alla sorgente del trigger sono visualizzate nella barra di stato sopra il display.