Méthodes pour obtenir des résultats RMS fiables sur le R&S®RTM

En test et mesure, le RMS compte parmi les paramètres les plus répandus. Mathématiquement, c'est la moyenne quadratique de valeurs continuellement variables (forme d'onde). Surtout lors de la quantification de puissance, la RMS simplifie le calcul, car la polarité de la tension et le sens du courant peuvent être négligés.

Votre tâche

Lors de l'évaluation de la qualité des signaux de courant ou de tension, certaines grandeurs, comme la valeur crête et la fréquence, peuvent être déterminées directement à partir du signal. D'autres comme la puissance de crête doivent être calculées. Souvent, le calcul s'exprime le mieux en utilisant la moyenne quadratique (RMS). Avec un voltmètre ou ampèremètre, un circuit analogique peut être utilisé pour appliquer une fonction de transfert parabolique et une moyenne de temps, afin de déterminer les valeurs de RMS. Cependant, ces circuits sont typiquement limités en ce qui concerne la largeur de bande et ne sont pas adaptés au fonctionnement RF.

Solution T&M

Les oscilloscopes avec convertisseurs analogique / numérique (CAN) rapides surmontent cette limitation. Les échantillons numérisés constituent la base pour le calcul de la RMS, souvent présentée comme mesure automatique, sur l'oscilloscope. En raison des différences dans l'implémentation, les résultats peuvent varier. Ainsi, il est important de comprendre les méthodes et hypothèses, pour sélectionner l'approche la mieux adaptée et se rapprocher d'un résultat correct, mais aussi précis. Le R&S®RTM2000 propose trois approches automatisées avec des atouts particuliers :

  • Mesure de RMS standard
  • L'option R&S®RTM-K32 propose une fonction de conversion numérique RMS pour une mesure de RMS à grande largeur de bande
  • Les sondes actives R&S®RT-Zxx sont fournies avec la fonctionnalité R&S®ProbeMeter pour une mesure de haute précision
Calcul de la RMS pour un convertisseur analogique / numérique échantillonné
Calcul de la RMS pour un convertisseur analogique / numérique échantillonné

Application

Mesure de RMS avec un oscilloscope numérique

Les oscilloscopes fonctionnent par échantillonnage des signaux analogiques, avec un convertisseur analogique / numérique, puis stockage de la valeur numérisée dans une mémoire tampon. Lorsque la forme d'onde satisfait à la condition de déclenchement, les échantillons présents dans la mémoire tampon sont transmis à la mémoire d'acquisition, pour être reconstitués et affichés autour du point de déclenchement. L'oscilloscope répète ce processus et la forme d'onde se rafraîchit à l'écran pour chaque nouvel ensemble de valeurs qui correspond à la condition de déclenchement. Pour la mesure de RMS, les oscilloscopes utilisent les échantillons de forme d'onde stockés dans la mémoire d'acquisition pour le calcul. C'est une fonctionnalité de mesure standard disponible dans presque n'importe quel oscilloscope numérique. Sachant que les données proviennent d'une mémoire d'acquisition, la vitesse de mesure peut être aussi élevée que la vitesse d'acquisition de la forme d'onde.

Impact de l'échantillonnage de l'oscilloscope sur la mesure de RMS

Étant donné que la mesure se fait via la mémoire d'acquisition, les changements de méthode d'échantillonnage, c'est-à-dire liés à une décimation différente et à la forme globale de la forme d'onde dans la mémoire d'acquisition, ont une grande incidence sur le résultat. Il est préférable d'avoir une forme d'onde répétitive et des échantillons adaptés. Les modes de décimation qui stockent de manière sélective les échantillons provenant du convertisseur analogique / numérique dans la mémoire d'acquisition peuvent limiter le calcul, provoquant une éventuelle diminution de la précision de mesure et de la largeur de bande. Dans certaines architectures d'oscilloscope, les mesures sont effectuées sur des échantillons d'affichage (après pixellisation), ce qui provoque une dégradation supplémentaire de la précision de mesure de la valeur RMS.

Option RTM-K32 et mesure RMS affichées dans un bloc de traitement
Option RTM-K32 et mesure RMS affichées dans un bloc de traitement

Option R&S®RTM-K32 DVM

À la différence de la mesure automatique, qui repose sur des échantillons de mémoire d'acquisition, le R&S®RTM-K32 calcule la valeur de RMS directement à partir des échantillons du convertisseur analogique / numérique, indépendamment de l'acquisition de la forme d'onde. Le résultat ne dépend pas de la forme ou de la méthode d'échantillonnage de la forme d'onde dans la mémoire d'acquisition. Le R&S®RTM2000 ADC fonctionne à 5 G échantillons/s et donc, le DVM peut mesurer des signaux jusqu'à 2,5 GHz (Nyquist). Le calcul est effectué sur chaque échantillon du convertisseur analogique / numérique, et la mesure est donc possible même sans une acquisition complète.

Un autre avantage majeur de cette implémentation réside dans le fait que le R&S®RTM2000 est équipé d'un convertisseur analogique / numérique pour chaque voie. Le R&S®RTM-K32 DVM permet jusqu'à quatre mesures parallèles pour chaque voie. Outre la mesure de RMS, il peut également réaliser une mesure directe sur le DC, le pic, la crête et les fréquences sur la base des échantillons du convertisseur analogique / numérique.

Précision du R&S®RTM-K32 DVM

L'un des paramètres clés pour un voltmètre est sa précision. Typiquement, la précision est spécifiée par le nombre de chiffres dans le résultat de mesure. Le R&S®RTM-K32 utilise directement les échantillons du convertisseur analogique / numérique et propose une précision à trois chiffres pour les lectures de l'amplitude et à sept chiffres pour les compteurs de fréquence. La précision suffit à la plupart des applications, et la souplesse liée aux multiples voies disponibles ainsi qu'à la mesure simultanée des paramètres, est plus importante.

R&S®ProbeMeter

Si c'est la précision qui importe, l'utilisateur peut recourir au R&S®ProbeMeter pour une précision encore plus grande. Il est équipé d'un convertisseur analogique / numérique de 24 bits pour assurer une précision de mesure DC de 0,1 %. Comme le montre la figure ci-dessous, le R&S®ProbeMeter peut contourner le convertisseur analogique / numérique frontal de l'oscilloscope, le rendant indépendant des paramètres de la voie de l'instrument. Il permet toujours une lecture de la plage dynamique entière.

Sonde différentielle R&S®ProbeMeter
Sonde différentielle R&S®ProbeMeter

Conclusion

Le R&S®RTM2000 propose plusieurs options pour la mesure de RMS. La fonctionnalité de mesure automatique intégrée peut être facilement activée, mais elle est limitée par la répétitivité de la forme d'onde, la vitesse d'échantillonnage et les effets de décimation. L'option R&S®RTM-K32 DVM propose la possibilité d'utiliser directement les données échantillonnés du convertisseur analogique / numérique pour une meilleure mesure de RMS, avec une vitesse d'échantillonnage jusqu'à 5 G échantillons/s et la capacité d'effectuer simultanément quatre mesures de tension plus deux mesures de compteur. Si une précision plus élevée est nécessaire, les utilisateurs peuvent utiliser les sondes actives Rohde & Schwarz qui sont fournies avec le R&S®ProbeMeter, avec une précision sans précédent de 0,1 % sur toute la plage dynamique de la sonde.

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