Echantillonnage : L

1
Echantillonnage Loscilloscope

• G. Lamarque

2
Introduction

• Pourquoi ce cours ?
• Pourquoi maintenant ?
• Tout le monde ici a déjà utilisé un oscilloscope
  
• Soit à polytechOrléans
• Soit dans une vie antérieure
• Mais lavez-vous bien utilisé ?
• En plus, vous avez tous compris lessentiel
• Le bouton magique autoscale ou autoset
• Malheureusement, lorsque lon cherche à
  visualiser des signaux réels ce nest pas
  toujours aussi simple!

3
Introduction

• Dans ces moments là il faut avoir compris
• La différence entre les différents modes de
  couplage
• AC,
• DC.
• Limportance de la bande passante de
  loscilloscope.
• Limportance du temps de montée de
  loscilloscope.
• Limportance de compenser une sonde.
• Limportance de disposer dune grande profondeur
  mémoire.
• La différence entre une interpolation
• Linéaire,
• Sin(x)/x,
• Pour que laffichage soit joli
• La différence entre les différents modes
  dacquisition
• Echantillon (sample),
• Détection de pics (peak detect),
• Haute résolution (High resolution),
• Enveloppe (envelope),
• Moyenne (average).
• La différence entre

4
Introduction

• Et si vous ne deviez retenir quune seule chose
  de ce cours retenez que
• Tout comme nos yeux sont parfois victimes dune
  illusion doptique, loscilloscope peut nous
  renvoyer une image erronée du signal réel que
  lon cherche à observer.

• Sans connaissance a priori du signal que lon
  cherche à observer, limage que nous renvoie
  loscilloscope nest pas forcément représentative
  de ce signal

5
Introduction

• Qui reconnaît un signal carré à 24MHz ?

• Pourtant les paramètres dacquisition sont les
  suivants
• Bande passante 200 MHz,
• Fréquence déchantillonnage 100 MS/S.
• Mais si je ne connais pas la nature du signal que
  puis je conclure?

6
Oscilloscope

• Les capteurs permettent de produire un signal
  électrique sous leffet dune grandeur physique
  (le son, un effort mécanique, une pression, etc).
• Lévolution de ses signaux électriques au cours
  du temps peut être visualisée à laide dun
  oscilloscope.
• Cest lœil du physicien mais aussi de
  lélectronicien, du mécanicien, etc
• La qualité essentielle dun oscilloscope est sa
  capacité à préserver lintégrité du signal
  (reconstituer un signal avec précision).
• Mais cest lutilisateur qui fait les réglages

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Do (Banjo)
8
Do (Orgue)
9
Voyelles A E I O U Y
10
Voyelle A
11
Relais
12
Rebonds mécanique dun relais visualisation
du courant dans la charge dun relais (fe10MHz)
13
Rebonds mécanique dun relais visualisation
du courant dans la charge dun relais (fe100MHz)
14
Oscilloscope

• Cet appareil purement analogique à lorigine (il
  y a plus de 50 ans) est maintenant presque
  exclusivement numérique.
• Cette mutation a été rendue possible grâce à
  lavènement des microprocesseurs et à la
  performance très étendue des écrans à cristaux
  liquide.

15
Oscilloscope analogique
16
Oscilloscope analogique

• En fonction de léchelle verticale
  (volt/division) un atténuateur réduit la tension
  ou un amplificateur augmente la tension du signal
  à étudier.
• Cette tension est alors appliquée directement sur
  laxe vertical du mouvement dun faisceau
  délectrons.
• Le tube cathodique dévie le faisceau vers le haut
  ou vers le bas proportionnellement à la tension
  appliquée.
• La face interne de lécran est revêtue dune
  couche de phosphore qui se met à briller là où
  elle est frappée par le faisceau délectrons.
• La persistance rétinienne fait le reste
• Visualisation  des variations  dun signal
  périodique.
• Le signal est également transmis au système de
  déclenchement qui provoque le démarrage de la
  base de temps horizontale (assure quun signal
  périodique aura toujours le même niveau au temps
  t0 de lécran doù la stabilité de limage).
• La base de temps horizontale est obtenue par un
  signal triangulaire appliquée sur laxe
  horizontal, le point lumineux parcourt ainsi
  lécran de gauche à droite dans un intervalle de
  temps particulier.
• Aux vitesses les plus élevées, le point peut
  traverser lécran jusquà 500000 fois par
  seconde.

17
Oscilloscope numérique
18
Oscilloscope numérique

• La tension mesurée est transformée en données
  numérique via un CAN.
• Le signal est acquis sous forme dune suite
  déchantillons qui sont enregistrés dans la
  mémoire.
• Le signal est ensuite reconstitué avant dêtre
  affiché sur lécran.
• Loscilloscope numérique peut afficher avec une
  bonne luminosité une image stable et claire pour
  nimporte quelle fréquence de sa plage.
• Pour les signaux répétitifs, la bande passante de
  loscilloscope numérique est fonction de la bande
  passante analogique de ses modules dentrée.
• Pour les événements monocoup et transitoires tel
  que les échelons, la bande passante peut être
  limitée par la fréquence déchantillonnage de
  loscilloscope.

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Les principaux constructeurs

• Le Croy
• Hewlett Packard (Agilent Technologies)
• Tektronix
• Yokogawa
• Mais aussi
• Hameg
• Metrix

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Oscilloscopes 4 voies du marché
Fabricant Modèle Bande Passante Echantillonnage en temps réel (monovoie) Capacité mémoire par voie (monovoie) Prix
Agilent Technologies DSO 6034A 300 MHz 2Géch/s 500Ko à 4Mo 6000
Agilent Technologies DSO 6054A 500MHz 2Géch/s (4Géch/s) 500Ko à 4Mo (1 à 8Mo) 8600
Agilent Technologies DSO 6104A 1GHz 2Géch/s (4Géch/s) 500Ko à 4Mo (1 à 8Mo) 12000
Le Croy WS 434 350 MHz 1Géch/s (2Géch/s) 250Ko ou 1Mo (500Ko ou 2Mo) 6990
Le Croy WS 454 500 MHz 1Géch/s (2Géch/s) 250Ko ou 1Mo (500Ko ou 2Mo) 9020
Tektronix TDS 3034B 300 MHz 2.5 Géch/s 10Ko 7200
Tektronix TDS 3044B 400 MHz 5 Géch/s 10Ko 8600
Tektronix TDS 3054B 500 MHz 5 Géch/s 10Ko 10600
Tektronix TDS 3064B 600 MHz 5 Géch/s 10Ko 12300
Yokogawa DL 1740 500 MHz 500 Méch/s (1 Géch/s) 1 ou 4Mo (2 ou 8Mo) 8500
21
Oscilloscopes Tektronix
Bande Passante Echantillonnage Longueur enregistrement Prix (HT)
TDS 1002 (Tektronix) 60MHz 1 GS/S 2500 points 1060
TDS 3012B (Tektronix) 100MHz 1.25 GS/S 10000 points 4020
TDS 3032B (Tektronix) 300MHz 2.5 GS/S 10000 points 5300
TDS 3052B (Tektronix) 500MHz 5 GS/S 10000 points 18690
TDS 6124C (Tektronix) 12GHz 20 GS/S 40 GS/S (2voies) 2 à 32Mo 4 à 64Mo (2 Voies) 90000
TDS 6154C (Tektronix) 12GHz 15GHz (2voies) 20 GS/S 40 GS/S (2voies) 2 à 32Mo 4 à 64Mo (2 Voies) 113000
22
Étage dentrée dun oscilloscope numérique

• Pour réduire le coût en général plusieurs
  entrées partagent le même CAN.
• La fréquence déchantillonnage, en temps réel,
  est plus importante lorsque lon utilise quune
  seule voie.

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Convertisseur rapide
24
Sauvegarde/restitution des échantillons

• Le microprocesseur récupère les données dans la
  FIFO pendant lacquisition.
• Si la fréquence déchantillonnage est supérieure
  au temps nécessaire au microprocesseur pour
  extraire les données, lacquisition sarrête
  lorsque la FIFO est pleine.

25
Sauvegarde/restitution des échantillons

• Chaque FIFO permet de sauvegarder les
  échantillons dune même voie lorsque le CAN est
  partagé par plusieurs voies dentrée.
• Lorsquune seule voie est utilisée on dispose
  alors dune plus grande profondeur mémoire.

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Sensibilité verticale

• Indique la capacité de lamplificateur vertical à
  amplifier un signal faible.
• Elle se mesure généralement en mV par division.
• La plus petite tension détectée par un
  oscilloscope à usage général se situe
  habituellement aux alentours de 1mV/division.

27
Résolution verticale du CAN

• Indique avec quelle finesse le CAN peut convertir
  les tensions du signal dentrée en valeurs
  numériques.
• La résolution verticale se mesure en bits.
• Certaines techniques de calcul permettent
  daméliorer la résolution effective du CAN.
• On trouve généralement des CAN 8 bits sur les
  oscilloscopes.

28
Couplage

• Lutilisateur a le choix de filtrer ou non le
  signal dentrée. Il existe deux types de couplage
  dentrée
• AC (Alternating Current alternatif) la
  composante continue du signal est bloquée par une
  capacité et nest pas transmise. Ce mode est
  particulièrement intéressant, par exemple, pour
  visualiser les parasites qui se superpose à une
  tension continue.
• DC (Direct Current continu) Toutes les
  composantes du signal sont transmises.

29
Bruit dune alimentation 5V continue
30
Signal carré f1Hz (en position DC)
31
Signal carré f1Hz (en position AC)
32
Pourquoi ?
33
Bande passante

• La bande passante détermine la capacité
  fondamentale dun oscilloscope à mesurer un
  signal.
• La bande passante nominale de loscilloscope est
  la fréquence à laquelle un signal dentrée
  sinusoïdal est atténué à 70.7 de lamplitude
  vraie du signal (fréquence de coupure à -3dB).
• Si la bande passante est insuffisante
• La courbe damplitude est déformée,
• Les fronts disparaissent,
• Les détails (hautes fréquences) sont perdus.
• Pour déterminer la bande passante nécessaire à
  loscilloscope afin de caractériser avec
  précision lamplitude du signal il faut
  multiplier par cinq la fréquence de sa composante
  fréquentielle la plus élevée. Cette règle permet
  dobtenir une erreur de mesure inférieure à 2.

34
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
5Gs/s)
35
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP20MHz,
5Gs/s)
36
Pourquoi ?
37
Décomposition en série de FOURIER
38
Décomposition en série de FOURIER
39
Décomposition en série de FOURIER
40
Temps de montée

• Cest le temps que met limpulsion pour passer de
  10 à 90 de lamplitude maximale.

41
Temps de montée

• Dans lunivers du numérique, les mesures de temps
  de montés sont cruciales.
• Le temps de montée de loscilloscope doit être
  suffisamment bref pour saisir avec précision les
  détails des transitions rapides.
• Pour calculer le temps de montée de
  loscilloscope requis pour un type de signal, on
  utilise la relation suivante
• Temps de montée de loscilloscope requis Temps
  de montée le plus court du signal mesuré 5
• Un oscilloscope caractérisé par un temps de
  montée plus court saisira avec plus de précision
  les détails cruciaux des transitions rapides.
• Il existe une constante liant la bande passante
  et le temps de montée de loscilloscope
• Bande passante K Temps de montée
• La valeur de K dépend de la courbe de réponse en
  fréquence de loscilloscope et de sa réponse au
  temps de montée de limpulsion.

42
Temps de montée

• Généralement
• K 0.35 lorsque la bande passante de
  loscilloscope est inférieure à 1GHz,
• 0.4 lt K lt 0.45 lorsque la bande passante de
  loscilloscope est supérieure à 1GHz.
• Si loscilloscope avec sa sonde a
• Un temps de montée 5 fois plus rapide que celui
  du signal testé, le taux derreur sera de lordre
  de 2,
• Un temps de montée du même ordre de grandeur que
  celui du signal testé le taux derreur sera de
  lordre de 41.
• Exemple
• Un oscilloscope avec une bande passante de 100MHz
  a un temps de montée de
• Temps de montée 0.35 100 x 106 3.5 nS
• Il nest donc pas raisonnable , avec cet
  appareil, de mesurer des temps de montée
  inférieurs à 3.5 nS X 5 17.5 nS.
• Un amplificateur opérationnel de type TL071 a un
  temps de montée denviron 2µS.
• Une technologie ABT a un temps de montée
  denviron 4nS.

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Sondes doscilloscopes
Sonde Tenma Sonde passive 18pF X10 60MHz 15
Sonde Tyco Sonde passive 12pF X10 150MHz 50
P3010 (Tektronix) Sonde passive 10MO 13pF X10 100MHz 133
P6139A (Tektronix) Sonde passive 10MO 8pF X10 500MHz 350
P6205 (Tektronix) Sonde active 1MO lt2pF X10 750MHz 862
P6245 (Tektronix) Sonde active 1MO 1pF X10 1.5GHz 1956
P6249 (Tektronix) Sonde active 20KO lt1pF X5 4GHz 4280

• Pour information
• Un cordon BNC vaut environ 6
• Un T BNC vaut environ 5

44
Sondes doscilloscopes

• Une sonde nest pas seulement un simple morceau
  de câble qui permet damener le signal à lentrée
  de loscilloscope.
• La sonde fait partie intégrante du système de
  mesure
• Oscilloscope sonde
• De nombreux types de sondes existent
• Elles ont toutes des caractéristiques adaptées à
  des tâches particulières.
• On distingue en particulier
• Les sondes passives (résistances, capacités).
  Elles permettent latténuation du signal
  dentrée.
• Les sondes actives elles contiennent des
  composants électroniques actifs pour
  lamplification. Elles nécessitent une source
  dalimentation propre pour leur fonctionnement.
• La sonde a pour mission de sassurer que seul le
  signal désiré apparaît à lentrée de
  loscilloscope.
• Si on utilise un bout de câble, il fera
  instantanément office dantenne!
• Il ne faut pas oublier que de nombreuses
  interférences parasites polluent notre
  environnement (stations radio, éclairage
  fluorescent, moteur électrique, ondulation
  secteur 50Hz ou 60Hz, téléphone portables,)
• Il faut donc utiliser des câbles blindés, des
  sondes!

45
Bruit dune alimentation 5V continue (sonde)
46
Bruit dune alimentation 5V continue (2 fils
de 30cm)
47
Signal Carré à 12MHz
48
Signal Carré à 12MHz grippe fil sur connexion
de masse
49
Signal Carré à 12MHz grippe fil sur connexion
de masse 5 cm de fils sur connexion de masse
50
Signal Carré à 12MHz grippe fil sur connexion
de masse 10 cm de fils sur connexion de masse
51
Sondes doscilloscopes

• Tout comme les oscilloscopes, les sondes
  possèdent une bande passante limitée qui doit
  être appropriée.
• Si on associe une sonde 100MHz à un oscilloscope
  100MHz la bande passante de lensemble est
  inférieure à 100MHz.
• En effet, la capacité de la sonde sajoute à la
  capacité dentrée de loscilloscope.
• La bande passante, et le temps de montée du
  système sont détériorés.
• Exemple
• Sonde de 100MHz
• Tmontée sonde 0.35 100 MHz 3.5 nS
• Oscilloscope de 100MHz
• Tmontée oscilloscope 0.35 100 MHz 3.5 nS
• Temps de montée du système
• Tmontée système (Tmontée sonde Tmontée
  oscilloscope )
• Tmontée système 4.95 nS
• Bande passante du système
• BPsystème 0.35 Tmontée système
• BPsystème 70.7 MHz
• La sonde doit avoir une bande passante supérieure
  à celle de loscilloscope.

52
Sondes doscilloscopes

• Chaque sonde possède une impédance dentrée
  constituée par des résistances, des capacités des
  inductances.
• Sa connexion affectera le circuit testé par la
  charge supplémentaire quelle impose.
• La mesure nest donc pas exactement la même que
  sil ny avait pas eu intrusion par
  lensemble constitué par
• sonde oscilloscope
• Certaines sondes ne disposent pas de résistance
  série. Elles sont constituées dun câble et dune
  pointe de test.
• A lintérieur de leur bande passante utile il ny
  a pas datténuation du signal (ce sont des sondes
  11 ou x1).
• Elles ont un effet de charge sur le circuit car
  elles connectent limpédance dentrée de
  loscilloscope et leur propre capacité (y compris
  la capacité du câble).

53
Sondes doscilloscopes

• Tmontée système (T²montée sonde T²montée
  oscilloscope )1/2
• Leffet de charge dû à la capacité devient de
  plus en plus significatif au fur et à mesure que
  la fréquence du signal augmente.
• Remarque
• Limpédance dun condensateur est inversement
  proportionnelle à la fréquence.
• A 100MHz limpédance dune capacité de 25pF est
• Zc 1/(2 p FC) 63.7O.
• En DC Zc 8.

54
Sondes doscilloscopes

• Il est possible de réduire leffet de charge en
  ajoutant à la sonde une impédance en série à
  celle de loscilloscope.

• La capacité de compensation CComp de la sonde est
  réglée pour adapter la sonde à loscilloscope.
• A basse fréquence limpédance dentrée est de
• RP RS 10MO à lextrémité de la sonde.
• Lamplitude du signal vu par loscilloscope
  est divisée par un facteur 10 (pont diviseur par
  RP RS ).

55
Sondes doscilloscopes

• Une sonde 101 ou x10 possède généralement
• Plusieurs condensateurs réglables,
• Plusieurs résistances réglables,
• Pour donner une réponse correcte sur une large
  gamme de fréquence.
• La plupart dentre eux sont réglés en usine.
• Lutilisateur na plus quun seul condensateur à
  régler (le condensateur de compensation basse
  fréquence).
• La sonde doit toujours être adaptée à lentrée de
  la voie de loscilloscope avec laquelle la sonde
  est utilisée (la capacité dentrée des
  différentes voies dun oscilloscope nest jamais
  rigoureusement la même).
• Le réglage est facile à faire à laide du signal
  carré de sortie disponible sur la plupart des
  panneaux avant des oscilloscopes.
• Une onde carrée contient de nombreuses
  composantes de fréquence. Lorsque toutes ces
  composantes sont transmises à loscilloscope à la
  bonne amplitude, le signal carré est fidèlement
  reproduit à lécran.

56
Sonde sous compensée
57
Sonde compensée
58
Sonde sur compensée
59
Types de Sondes doscilloscopes

• Sonde commutables
• Elles sont pratiques car elles combinent les deux
  types de sondes (101 et 11) en un seul
  accessoire.
• La position 101 est préférable pour sa faible
  charge et sa bande passante élevée.
• La position 11 est préférable pour les signaux
  de bas niveau à basses fréquences.
• Atténuateur de sonde
• On utilise couramment la sonde 1001 qui possède
  une faible capacité (typiquement 2.5pF) et une
  résistance dentrée de 20MO.
• Cette sonde est parfaitement indiquée pour les
  mesures effectuées sur des convertisseurs haute
  tension (4KV).

60
Types de Sondes doscilloscopes

• Sonde à FET
• Cest une sonde active.
• Utilisation en haute fréquence (au-delà de
  500MHz).
• Elle possède une capacité dentrée très basse
  (jusquà 1.4pF).
• Il est judicieux de se servir de ce type de sonde
  pour mesurer des transitoires rapides dans des
  circuits à impédance de source élevée ou
  lorsquun effet de charge minimum est nécessaire.
• Sonde de courant
• Cette sonde permet de visualiser le courant dans
  un conducteur.
• Cette sonde utilise un transformateur de courant
  situé dans la tête de la sonde.
• Cette sonde se ferme autour dun câble, évitant
  ainsi de couper le circuit.
• Le signal émis à partir de la tête de la sonde
  est converti en tension, mis à léchelle et
  dirigé vers lentrée de loscilloscope.

61
sniffer de champ magnétique

• Il est possible de créer un sniffer de champ
  magnétique très simple en connectant la sortie
  dun câble BNC à une boucle en court circuit.
• Plus le diamètre de la boucle est petit plus le
  capteur est sensible en haute fréquence.
• On peut ainsi voir de façon qualitative le bruit
  produit par un équipement électrique sans avoir
  besoin de le toucher.
• Le champ est maximum lorsque la boucle est à 90
  par rapport au signal qui lui a donné naissance.

62
Bruit généré par un écran de type VGA
63
Bruit généré par un relais (à 2 cm)
64
Bruit généré par un relais (à 30 cm)
65
Bruit généré par une carte microcontrôleur (à 10
cm)
66
Bruit généré par le 50Hz (capté par un câble BNC )
67
Bruit généré par le 50Hz (capté par un fil de 30
cm )
68
Lancement et arrêt du système dacquisition

• Les oscilloscopes numériques peuvent enregistrer
  des signaux en vue dun traitement ou dune
  visualisation ultérieure.
• Il peut être nécessaire de régler loscilloscope
  de façon à ce quil arrête dacquérir le signal
• Lorsque lutilisateur appuie sur un bouton,
• Une fois quune acquisition est achevée (mémoire
  pleine),
• Après quun ensemble denregistrements ait été
  transformé en signal denveloppe ou en signal
  moyenné.

69
Échantillonnage

• Cest le processus de conversion dune partie du
  signal dentrée en un certain nombre de valeurs
  discrètes permettant de
• Lenregistrer,
• Le traiter,
• Lafficher.
• La valeur damplitude de chaque point
  déchantillonnage est égale à lamplitude du
  signal dentrée à linstant où le signal est
  échantillonné.
• Loscilloscope numérique utilise cette matrice de
  points déchantillonnage pour reconstituer le
  signal sur lécran.

70
Fréquence déchantillonnage

• Cest le nombre déchantillons du signal que
  loscilloscope numérique saisit par unité de
  temps (Échantillonnage /Seconde ou Sample/Second)
• Laugmentation de la fréquence déchantillonnage
  dun oscilloscope augmente la résolution et le
  niveau de détail du signal affiché et réduit le
  risque de manquer des informations ou des
  événements cruciaux.
• La fréquence déchantillonnage minimum peut
  également constituer un facteur important
  lorsquil sagit dobserver de façon prolongée un
  signal variant lentement au cours du temps.
• La fréquence déchantillonnage est modifiée
  automatiquement en fonction de la base de temps
  sélectionnée afin de maintenir un nombre constant
  déchantillons dans lenregistrement de signal
  affiché (meilleure utilisation de la profondeur
  mémoire).
• Pour reconstituer un signal avec précision et
  prévenir le repliement de spectre, il faut
  échantillonner un signal à
• une fréquence supérieure à deux fois sa
  composante fréquentielle la plus élevée (théorème
  de Shanon).
• Dans la pratique, suivant la nature du signal à
  reconstituer la fréquence déchantillonnage de
  loscilloscope doit parfois être supérieure à 10
  fois la composante fréquentielle la plus élevée
  du signal.

71
Oscillateur à 12MHz dune carte microcontrôleur
avec fe1Ks/sgt Foscillation24.29Hz
72
Oscillateur à 12MHz dune carte microcontrôleur
avec fe100Ms/sgt Foscillation11.098MHz
73
Pourquoi ?
74
Phénomène daliasing
75
Phénomène daliasing
76
Échantillonnage

• Lorsque ces points sont très espacés il est
  difficile de reconstituer correctement le signal.
• Linterpolation permet de relier les points par
  des lignes ou des vecteurs. Il existe plusieurs
  méthodes dinterpolation permettant de produire
  une représentation précise dun signal dentrée
  continu.
• Les oscilloscopes offrent généralement le choix
  entre plusieurs modes dinterpolation
• Sin(x) / x,
• Linéaire.

77
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
5Gs/s)
78
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
100Ms/s)
79
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
100Ms/s)
80
Pourquoi ?
81
Phénomène daliasing
82
Phénomène daliasing
83
Vitesse de saisie du signal

• Cest le nombre de répétitions ou de cycles du
  signal acquis par unité de temps.
• La vitesse de saisie du signal varie
  considérablement suivant le type et le niveau de
  performance de loscilloscope.
• Les oscilloscopes caractérisés par une grande
  vitesse de saisie du signal apportent beaucoup
  plus dinformations visuelles
• Sur le comportement du signal.
• Augmente largement la probabilité de saisir en
  peu de temps les anomalies transitoires.

84
Vitesse de saisie du signal

• Larchitecture de traitement en série des
  oscilloscopes à mémoire numérique leur permet de
  saisir de 10 à 5000 signaux par seconde.
• Certains oscilloscopes offrent un mode spécial
  qui saisit très rapidement un très grand nombre
  denregistrements successifs dans une mémoire
  dacquisition de taille importante. Chaque
  acquisition et alors suivie dun temps mort
  important nécessaire au traitement des signaux
  acquis.
• Les oscilloscopes de type DPO (Digital Phosphore
  Oscilloscope) utilisent une architecture de
  traitement en parallèle pour fournir une vitesse
  de saisie du signal infiniment plus élevée (de
  lordre du million de signaux par seconde). Ce
  qui augmente considérablement la probabilité de
  saisie des évènements aléatoires.

85
Fréquence déchantillonnage versus nombre
déchantillons acquis en une seconde

• Fréquence déchantillonnage
• La fréquence déchantillonnage pendant le  temps
  mort  est toujours nulle.
• Le nombre déchantillons acquis en une seconde
• Cest le nombre déchantillons acquis par seconde
  en prenant en compte le temps mort. Cest
  léquivalent dune fréquence déchantillonnage
  moyenne qui intègre à la fois 
• La fréquence déchantillonnage maximale pendant
  le temps dacquisition.
• La fréquence déchantillonnage nulle pendant le
  temps mort.
• Cette grandeur permet destimer la probabilité de
  capter un événement parasite peu fréquent. Cette
  grandeur est rarement donnée par les
  constructeurs car il faut prendre en compte 
• Le nombre de voies.
• La profondeur mémoire.

86
Échantillonnage
87
Échantillonnage

• Temps dacquisition
• Cest lintervalle de temps pendant lequel
  loscilloscope échantillonne le signal.
• Temps dacquisition Profondeur mémoire /
  Fréquence déchantillonnage.
• Temps mort
• Cest lintervalle de temps entre deux
  acquisitions.
• Durant ce temps loscilloscope 
• Traite les échantillons acquis,
• Réarme le trigger pour procéder à une nouvelle
  acquisition.

88
Longueur denregistrement

• Cest le nombre de points composants un
  enregistrement de signal complet.
• Loscilloscope ne pouvant enregistrer quun
  nombre limité déchantillons, la durée du signal
  enregistrée sera inversement proportionnelle à la
  fréquence déchantillonnage.
• Durée dun enregistrement Longueur de
  lenregistrement Fréquence déchantillonnage
• Lanalyse dun signal sinusoïdal extrêmement
  stable peut nécessiter une longueur
  denregistrement de 500 points.
• La recherche des causes des anomalies temporelles
  dans un flux de données numériques complexes peut
  nécessiter plus dun million de points.

89
Taille mémoire

• Chaque échantillon doit être sauvegardé en
  mémoire.
• Une plus grande profondeur mémoire permet de
  stocker plus déchantillons.
• Une acquisition sur des temps très long nécessite
  une grande profondeur mémoire si lon veut
  conserver une fréquence déchantillonnage
  constante.
• Une fréquence déchantillonnage élevée permet de
  capturer des détails sur des temps dacquisition
  long. La fréquence déchantillonnage doit être la
  plus grande possible 
• Pour reproduire le signal avec une meilleure
  précision,
• Pour avoir une meilleure résolution entre les
  points,
• Pour avoir une grande probabilité de détecter un
  parasite.
• Intérêt davoir une grande profondeur mémoire.

90
Taille mémoire

• Inconvénients
• Lorsque la profondeur mémoire de loscilloscope
  augmente le temps nécessaire au traitement de ces
  échantillons augmente aussi et par conséquent le
  temps mort entre deux acquisitions est plus
  important.
• Lorsque la profondeur mémoire est importante le
  temps entre deux acquisitions cest à dire le
  temps entre laffichage de deux signaux augmente.
• Le temps de réponse suite à un changement de la
  base de temps par exemple est plus long.
• Cest pourquoi il est important de pouvoir
  choisir la profondeur mémoire souhaitée pour
  lacquisition.

91
Échantillonnage

• Certains oscilloscopes numériques offrent le
  choix entre deux méthodes déchantillonnage
• Échantillonnage en temps réel,
• Échantillonnage en temps équivalent.
• Ce choix ne change rien lorsque la base de temps
  est réglée sur une vitesse lente.
• Ce choix na deffet que lorsque le CAN ne peut
  pas échantillonner le signal assez rapidement
  pour remplir lenregistrement déchantillons en
  un seul passage.

92
Échantillonnage en temps réel
93
Échantillonnageen temps équivalent

• Lors de la mesure de signaux haute fréquence,
  loscilloscope peut être incapable de recueillir
  suffisamment déchantillons en un seul passage.
• Hypothèse Il est possible déchantillonner un
  signal avec une fréquence déchantillonnage
  inférieure à la fréquence de Shannon (Fegt2Fmax) à
  condition que le signal soit périodique.
• Léchantillonnage en temps équivalent reconstitue
  limage dun signal répétitif en saisissant une
  petite quantité de données sur chaque période.
• Il existe deux types déchantillonnage en temps
  équivalent
• Léchantillonnage en temps équivalent aléatoire,
• Léchantillonnage en temps équivalent séquentiel.
• Il nest pas possible de visualiser un parasite
  qui se superposerait de manière aléatoire à
  certaine période.

94
Mesure du déphasage entre lentrée et la sortie
dune porte HCT (après 4 acquisitions)
95
Mesure du déphasage entre lentrée et la sortie
dune porte HCT (après 174 acquisitions)
96
Échantillonnage en temps équivalent séquentiel
97
Échantillonnage en temps équivalent séquentiel

• Acquisition dun seul échantillon par
  déclenchement, indépendamment du réglage de la
  base de temps ou de la vitesse de balayage.
• Lorsque le système détecte un évènement de
  déclenchement, il saisit un échantillon après un
  retard très bref mais bien défini.
• Lorsque le déclenchement suivant se produit, un
  petit incrément temporel (?t) sajoute à ce
  retard et le numériseur saisit un autre
  échantillon.
• Ce processus se répète jusquà ce que la fenêtre
  temporelle soit remplie.
• Avantage
• Techniquement il est plus facile de générer un ?t
  très bref et très précis que de mesurer avec
  précision les positions verticale et horizontale
  dun échantillon par rapport au point de
  déclenchement.

98
Échantillonnage en temps équivalent aléatoire
99
Échantillonnage en temps équivalent aléatoire

• Lhorloge interne est asynchrone par rapport au
  signal dentrée et au déclenchement.
• Les échantillons sont saisis de façon continue,
  indépendamment de la position de déclenchement.
• Les échantillons sont affichés en fonction de
  lintervalle de temps entre léchantillon et le
  déclenchement.
• Léchantillonnage seffectue séquentiellement
  mais il est aléatoire par rapport au
  déclenchement.
• Échantillonnage en temps équivalent  aléatoire .

100
Échantillonnage en temps équivalent aléatoire

• Avantages
• Possibilité dacquérir et dafficher des
  échantillons situés avant le point de
  déclenchement.
• Cette technique élimine le besoin
• En signaux de pré déclenchement externes.
• De lignes à retard.
• Suivant la fréquence déchantillonnage et la
  fenêtre temporelle de laffichage,
  léchantillonnage aléatoire permet également
  lacquisition de plus dun échantillon par
  événement de déclenchement.
• Inconvénients
• Aux vitesses de balayage plus élevées, la fenêtre
  dacquisition se rétrécit jusquà ce que le
  numériseur ne puisse plus échantillonner le
  signal à chaque déclenchement.
• La bande passante de léchantillonnage en temps
  équivalent aléatoire est inférieure à celle de
  léchantillonnage en temps équivalent séquentiel.

101
Types de mode dacquisition Mode échantillon

• Cest le plus simple des modes dacquisition.
• Loscilloscope crée un échantillon en
  enregistrant un seul point déchantillonnage au
  cours de chaque intervalle de signal.

102
Circuit de Reset
103
Circuit de reset dune carte microcontrôleur en
mode Échantillons
104
Types de mode dacquisition Mode détection de
pics

• Le CAN tourne à une fréquence déchantillonnage
  élevée, même avec des réglages de base de temps
  très lents.
• Loscilloscope enregistre le point de valeur
  minimum et le point de valeur maximum saisis au
  cours de deux intervalles de signal et les
  utilisent pour créer les deux échantillons
  correspondants.
• Une base de temps lente donne de longs
  intervalles de signal.
• Ce mode est capable de saisir les variations
  rapides du signal qui se produiraient entres les
  échantillons en mode échantillon.
• Ce mode permet de visualiser des impulsions
  étroites très espacées dans le temps.
• Ce mode permet dobtenir des informations
  uniquement si le CAN peut échantillonner le
  signal plus rapidement que ce qui est requis par
  le réglage de la base de temps.

105
Types de mode dacquisition Mode détection de
pics
106
Types de mode dacquisition Mode détection de
pics
107
Circuit de reset dune carte microcontrôleur en
mode Détection de pics
108
Types de mode dacquisition Mode haute
résolution

• Ce mode permet dobtenir des informations
  uniquement si le CAN peut échantillonner le
  signal plus rapidement que ce qui est requis par
  le réglage de la base de temps.
• Le système établit la moyenne de plusieurs
  échantillons saisis au cours dun seul intervalle
  de signal pour produire un seul échantillon.
• Il en résulte
• Une diminution du bruit,
• Une amélioration de la résolution pour les
  signaux lents.

109
Types de mode dacquisition Mode haute
résolution
110
Types de mode dacquisition Mode haute
résolution
111
Circuit de reset dune carte microcontrôleur en
mode Haute résolution
112
Types de mode dacquisition Mode enveloppe

• Ce mode est similaire au mode détection de crête
  mais il combine les échantillons minimum et
  maximum de plusieurs acquisitions pour former un
  signal indiquant leur accumulation respective au
  cours du temps.
• Le signal que lon observe doit être répétitif.

113
Types de mode dacquisition Mode moyennage

• Loscilloscope enregistre plusieurs occurrences
  du signal.
• Le système établit ensuite la moyenne des
  échantillons saisis lors des acquisitions
  successives pour produire le signal affiché.
• Ce mode permet de réduire le bruit sans perte de
  bande passante.
• Ce mode requiert un signal répétitif.
• Lorsque le bruit nest pas corrélé au signal
  utile, le mode moyennage permet daméliorer le
  rapport signal sur bruit (S/B ou Signal to Noise
  Ratio SNR) dun facteur vN (avec N nombre de
  moyennes).

N 4 16 256 1024 4096
S/B 2 4 16 32 64
S/B (dB) 6 12 24 30 36

• La moyenne est mise à jour en temps réel après
  chaque nouvelle acquisition.

114
Bruit dune alimentation 5V continue
115
Bruit dune alimentation 5V continue après
4 acquisitions en mode Average
116
Bruit dune alimentation5V continue après
214 acquisitions en mode Average
117
(No Transcript)
118
Facteurs de performance Effet de la longueur
denregistrement sur la TF

• La Transformée de Fourier (TF) dune suite de N
  échantillons temporels produit N/2 harmoniques
  dans le domaine fréquentiel
• Ces points sont compris entre
• Le continu (harmonique zéro moyenne temporelle
  du signal)
• La fréquence de Nyquist (fe/2)
• La résolution en fréquence (?f) de la TF est
• ?f fe (fréquence déchantillonnage) N (nombre
  total de points de lenregistrement)

119
Facteurs de performance Impédance dentrée

• Limpédance dentrée des appareils dont la bande
  passante est inférieure à 200MHz est de lordre
  de 10MO en parallèle avec une capacité de 15pF
• Pour les appareils de bande passante supérieure,
  la capacité diminue et limpédance dentrée est
  de 50 O

120
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
100Ms/s)
121
La (Guitare)
122
La (Piano)
123
La (Orgue)
124
Sortie dun port dune carte microcontrôleur
(chenillard) en mode échantillons
125
Sortie dun port dune carte microcontrôleur
(chenillard) en mode Détection de pics
126
Sortie dun port dune carte microcontrôleur
(chenillard) en mode Haute résolution
127
Oscillateur à 12MHz dune carte microcontrôleur
avec fe25Gs/sgt Foscillation11.1111MHz
128
Son
129
Do (Guitare)
130
Do (Piano)
131
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP100MHz,
10Gs/s)
132
Signal Carré 24MHz Oscilloscope (BP200MHz,
10Gs/s)
133
Signal Carré à 12MHz grippe fil sur connexion
de masse 15 cm de fils sur connexion de masse