Guide d'achat d'oscilloscope

Bande passante

Qu'est ce que la bande passante ?

La bande passante correspond à la plage de fréquence qu'un oscilloscope peut mesurer. Les oscilloscopes sont l'un des rares instruments à large bande qui mesure à partir de DC (0 Hz) jusqu'à leur bande passante spécifiée. Cette spécification est la plus importante lors de l'achat d'un oscilloscope car vous ne pouvez pas effectuer des mesures précises si un oscilloscope ne dispose pas d'une bande passante suffisante.

La réponse en fréquence d'un amplificateur terminal d'oscilloscope ressemble à un filtre passe-bas. Cette forme signifie qu'elle transmet la plupart du contenu du signal à partir de DC jusqu'à la chute d'atténuation à 3 décibels (dB). Le point –3 dB est l'endroit où les oscilloscopes définissent leurs "bandes passantes" et il représente approximativement une réduction de 30% en tension à ce point de fréquence.

Comment choisir la bande passante dont vous avez besoin ?

Sélectionner une bande passante pour une application spécifique peut s'avérer compliqué lors du choix d'un oscilloscope. Par exemple, si vous envisagez uniquement de visualiser des ondes sinusoïdales, vous avez uniquement besoin de vous assurer que vous avez légèrement plus de bande passante que la fréquence de porteuse maximale, afin de prendre en compte l'atténuation de 3 dB. Ainsi, par exemple, si vous devez mesurer une onde sinusoïdale de 100 MHz, vous devez sélectionner un oscilloscope doté d'une bande passante de 150 MHz ou plus.

Si, cependant, votre forme d'onde est plus complexe, comme un signal numérique, alors il y a plusieurs considérations. Un conseil pour des signaux numériques ou autres signaux complexes est de sélectionner une bande passante qui soit 3 à 5 fois plus rapide que l'horloge la plus rapide ou que le signal de données. Par exemple, si vous mesurez un bus mémoire avec un débit de données de 133 MHz, vous sélectionnerez une bande passante d'au moins 400 MHz. Cependant, ce conseil suppose que le temps de montée d'un signal numérique est lié au débit de données.

Les fronts montant et descendant au sein des signaux numériques ont tendance à avoir plus de contenus en fréquence que la fréquence fondamentale. Par conséquent, l'utilisation de l'équation 0,35 / temps de montée fournit une estimation de premier ordre de la bande passante dans le signal. Par exemple, prenons l'exemple du bus précédent. Si nous considérons que le signal possède un temps de montée de 600 pico-secondes, en utilisant l'équation ci-dessus, nous pouvons voir qu'il y a un contenu en fréquence jusqu'à 583 mégahertz ! (Cette valeur est comprise entre 3 à 5 fois la valeur recommandée.)

Autres considérations de la bande passante

La plupart des oscilloscopes disposent d'options de mises à niveau de la bande passante. Bien sûr, il y a un maximum auquel ils peuvent être mis à niveau, mais cela pourrait être une voie à suivre si vous trouvez que la bande passante est trop limitée.

Une bande passante trop importante peut affecter votre mesure. En général, plus de bande passante dans une mesure signifie également plus de bruit à large bande. Heureusement, de nombreux oscilloscopes proposent des filtres pour réduire la bande passante du terminal. Par exemple, tous les oscilloscopes Rohde & Schwarz possèdent un filtre 20 MHz pour les mesures d'alimentation. De plus, des modèles tels que le R&S®MXO 4et le R&S®RTO 6disposent d'un "mode HD" pour compenser la bande passante et la résolution CAN pour une précision élevée sur des mesures à faible bande passante.

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Taux d'échantillonnage

Qu'est ce que le taux d'échantillonnage ?

Le convertisseur analogique / numérique (CAN) d'un oscilloscope numérise le signal analogique. Le taux qu'il numérise est appelé le "taux d'échantillonnage." Les fabricants spécifient le taux d'échantillonnage en nombre d'échantillons par seconde. Par exemple, l'oscilloscope R&S®RTC1000 300 MHzpossède un taux d'échantillonnage de 2 Géchantillons par seconde. Vous pourrez également voir le taux d'échantillonnage écrit sous la forme 2 Géchantillons/s ou 2 Géch/s (GaSa/s ou GSp/s).

Comment choisir le taux d'échantillonnage dont vous avez besoin ?

Au minimum, un taux d'échantillonnage d'un oscilloscope doit être au moins 2,5 fois supérieur à la bande passante. Par exemple, si l'oscilloscope possède une bande passante de 1,5 GHz, le taux d'échantillonnage devra être supérieur à 3,75 Géchantillons par seconde. En général, la plupart des oscilloscopes numériques réponde à cette exigence minimale. Cependant, un oscilloscope pourrait entrelacer plusieurs voies pour obtenir le taux d'échantillonnage le plus rapide.

Par exemple, le R&S®RTC1000 300 MHz échantillonne à Géchantillons/s sur une seule voie mais uniquement 1 Géchantillons/s lorsque les deux voies sont activées. Heureusement, même à ce taux d'échantillonnage réduit, le R&S®RTC1000 échantillonne encore au-delà de 2,5 fois la bande passante analogique !

En général, un taux d'échantillonnage plus élevé est bénéfique.

Autres considérations du taux d'échantillonnage

Les oscilloscopes possèdent différents modes d'acquisition, tels que "détection de crête" ou "haute résolution." Ces modes permettent au CAN de continuer d'exécution à son taux d'échantillonnage maximal, mais réduisent la quantité de points de données stockés en mémoire. Ces modes permettent des taux d'échantillonnage plus élevés pour des applications avec des signaux relativement lents.

Bits CAN

Que sont les bits CAN ?

Un convertisseur analogique / numérique d'oscilloscope délivre des valeurs binaires. Comme tout CAN, le nombre de bits composant les valeurs binaires détermine la résolution. Par exemple, un CAN 8 bits délivre 256 valeurs uniques ou niveaux de tension. Tandis qu'un CAN 10 bits délivre 1024 valeurs uniques et un CAN 12 bits délivre 4096 niveaux de tension.

Précision face à résolution (versus Sensibilité)

Bien que la résolution CAN affecte la précision de mesure de l'oscilloscope, il ne s'agit pas du seul aspect à considérer.

La définition de la précision est la différence entre la mesure attendue et la valeur actuelle. En d'autres termes, il s'agit de l'incertitude d'une mesure. La résolution, d'un autre côté, est le changement le plus petit qu'un système de mesure puisse représenter. Dans le cas d'un oscilloscope, la largeur de bit CAN domine la résolution. Enfin, la sensibilité est le changement le plus petit détectable. Au début, cette définition peut sembler être la même que pour la résolution, et les éléments individuels d'un système d'acquisition peuvent avoir une sensibilité très élevée. Cependant, la sensibilité globale est la combinaison de la précision et de la résolution.

Autres considérations

Tous les oscilloscopes ne fonctionnent pas à pleine largeur de bit tout le temps ! Par conséquent, vous devez relire attentivement la fiche technique pour comprendre les limitations. Heureusement, tous les oscilloscopes R&S oscilloscopes utilisent leur pleine largeur de bit tout le temps.

De plus, certains modèles d'oscilloscopes R&S peuvent augmenter leur largeur de bit effective avec une fonction appelée mode HD. Ce mode compense la bande passante pour des mesures à résolution plus élevée. Par exemple, le R&S®MXO4 propose un CAN 12 bits qui peut efficacement augmenter jusqu'à 18 bits !

Déclenchement

Qu'est ce que le déclenchement ?

Dans les oscilloscopes numériques, le système de déclenchement regarde le signal sous test pour détecter des événements spécifiques. Lorsqu'il détecte ces critères sélectionnables par l'utilisateur, il crée une action de déclenchement. Le type de déclenchement le plus classique est le déclenchement sur niveau de front, et l'action la plus classique est le rafraîchissement de l'écran avec l’événement au centre.

Les systèmes de déclenchement peuvent identifier de nombreux autres événements, tels que les largeurs d'impulsions, les tensions runt, les niveaux logiques et des paquets de protocoles série. Ils disposent également de plusieurs outils pour filtrer le bruit, qualifier des événements valides et déclencher d'autres instruments.

Comment choisir les fonctions de déclenchement dont vous avez besoin ?

Un système de déclenchement entièrement équipé peut significativement réduire le temps de débogage et permettre de caractériser de nombreux signaux complexes.

La première considération est quels sont les types de déclenchement qu'un oscilloscope prend en charge. Ensuite, vous pouvez regarder ses autres capacités, telles que l'hystérésis ajustable et le déclenchement de séquence.

Un hystérésis ajustable signifie que le déclenchement peut tolérer plus de bruit sur une forme d'onde ou se concentrer sur un événement spécifique sur un front. Par exemple, des oscilloscopes avec des systèmes de déclenchement numérique précis peuvent déclencher sur des événements inférieurs à 0,0001 de division verticale !

Le déclenchement de séquence, parfois appelé déclenchement A->B, vous permet de créer une condition de déclenchement à deux niveaux. Par exemple, vous pouvez qualifier une largeur d'impulsion particulière uniquement après le front descendant d'un signal actif.

Autres considérations du déclenchement

Lors de l'évaluation d'un système de déclenchement d'oscilloscope, faire attention à ses spécifications est essentiel. Certains systèmes de déclenchement d'oscilloscope peuvent uniquement être à "pleine bande passante" pour le déclenchement sur front. Les autres types de déclenchement peuvent être relativement lents par rapport à la bande passante de l'oscilloscope.

Les oscilloscopes tels que les R&S®MXO4 et R&S®RTO6 utilisent un système de déclenchement numérique. Au lieu de s'appuyer sur un circuit analogique pour identifier les événements, un ASIC personnalisé regarde les échantillons numériques provenant du CAN en temps réel pour détecter des événements de déclenchement. Cette méthode unique de déclenchement fournit la capacité de déclenchement la plus précise. Un avantage significatif pour un tel système est que tous les types de déclenchement se font à pleine bande passante. Par exemple, une détection de glitch par déclenchement numérique est aussi rapide qu'une seule période d'échantillonnage du CAN ! L'incroyable sensibilité en tension est un autre avantage.

Profondeur mémoire

Qu'est ce que la profondeur mémoire ?

Le CAN stocke ses échantillons dans une mémoire tampon. Comme les CAN tendent à échantillonner dans la gamme du Gbit, cette mémoire doit être proche du CAN et très rapide. La quantité d'échantillons d'acquisition stockée est appelée la "profondeur mémoire." Par exemple, si une voie dispose d'une mémoire tampon de 10 méga-points, elle conservera (jusqu'à) dix millions d'échantillons au cours de chaque acquisition.

Il existe une relation directe entre la manière dont un oscilloscope échantillonne, la quantité de mémoire dont il dispose, et sa durée de capture possible. Le réglage de la base de temps détermine la durée minimale pour que l'oscilloscope capture un signal. Le système d'acquisition équilibrera la profondeur mémoire et le taux d'échantillonnage afin d'optimiser le taux d'échantillonnage pour un réglage de base de temps donné. Plus il y a de mémoire disponible, plus le réglage de base de temps peut être lent (long), tout en maintenant un taux d'échantillonnage élevé.

En général, plus de mémoire est préférable. Cependant, certains oscilloscopes n'optimisent pas l'utilisation de leur profondeur mémoire ou deviennent extrêmement lents lorsqu'ils fonctionnent avec une mémoire plus profonde activée.

Comment choisir la profondeur mémoire dont vous avez besoin ?

Contrairement aux autres spécifications clés d'un oscilloscope, il n'y a aucun conseil simple pour la profondeur mémoire. Cependant, si vous savez que vous avez besoin de capturer une certaine quantité de temps, vous pouvez déterminer la profondeur mémoire minimale dont vous avez besoin. Par exemple, pour capturer 10 cycles d'un signal d'horloge à 100 MHz, vous aurez besoin de capturer au moins 100 nano-secondes. À 1 Géchantillons/s, le CAN échantillonne à chaque nano-seconde. Donc vous aurez besoin d'une profondeur mémoire de 100 échantillons.

Autres considérations sur la profondeur mémoire

Une considération pour la mémoire superficielle par rapport à la mémoire profonde, est la manière dont l'oscilloscope traite ses acquisitions mémoire. Par exemple, les oscilloscopes R&S®MXO, R&S®RTO, et R&S®RTP possèdent des ASIC personnalisés permettant de gérer des opérations en mémoire profonde. Ce ASIC conserve l'oscilloscope réactif tout en zoomant en avant / arrière des formes d'ondes et réduit le temps de réarmement de déclenchement au cours de l'acquisition.

Segmentation rapide et mode historique

Les autres considérations sont des modes ou fonctionnalités qui utilisent une mémoire autre que des acquisitions simples. Par exemple, la fonction de segmentation rapide(Fast-Segmentation) et le mode historique sur les oscilloscopes R&S utilisent une mémoire profonde de la meilleure manière possible.

Avec la segmentation rapide, le système d'acquisition divise la mémoire en petits (mais égaux) morceaux ou segments. Ensuite, ces morceaux sont remplis aussi vite que le système de déclenchement peut se réarmer. Le contrôleur mémoire attend jusqu'à ce qu'il remplisse tous les segments avant de transférer les données d'acquisition au CPU. Un mode segmentation rapide a l'avantage de réarmer le système de déclenchement aussi rapidement que possible et optimiser l'utilisation de la profondeur mémoire. Il est bénéfique pour des signaux burst.

Le mode historique est une autre manière novatrice d'utiliser la profondeur mémoire. Le contrôleur mémoire divise la mémoire totale disponible en morceaux ou segments, comme le mode de segmentation rapide. Cependant, le contrôleur remplit les segments comme une mémoire circulaire avec le traitement de l'oscilloscope de chaque segment comme une opération normale. La différence avec le mode historique est que lorsque vous arrêtez l'oscilloscope, vous pouvez "revenir en arrière" dans le temps vers des acquisitions précédentes. Cette fonction est avantageuse car elle vous donne le temps d'appuyer sur le bouton "stop" après avoir vu une anomalie à l'écran.

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Taux de rafraîchissement de la forme d'onde

Qu'est ce que le taux de rafraîchissement de la forme d'onde ?

Le taux de rafraîchissement de la forme d'onde est souvent appelé taux de déclenchement. Il s'agit de la vitesse à laquelle l'oscilloscope peut acquérir les formes d'ondes entre les événements de déclenchement. En général, plus un oscilloscope réarme vite et déclenche à nouveau, moins il y a de temps mort entre les acquisitions.

Le temps mort est le temps entre les acquisitions lorsque l'oscilloscope ne peut pas capturer une forme d'onde. Plus le temps mort est faible, plus le taux de déclenchement est rapide, et plus un oscilloscope peut capturer des événements rares tels que les impulsions transitoires.

Certains oscilloscopes Rohde et Schwarz possèdent un ASIC personnalisé qui permet des taux de rafraîchissement de forme d'onde ultra rapides. Par exemple, le R&S®RTO6 peut acquérir jusqu'à 1 million de formes d'ondes par seconde. Et le R&S®MXO 4 peut acquérir plus de 4,5 millions de formes d'ondes par seconde !

Autres considérations pour le taux de rafraîchissement de forme d'onde

Des mesures, des modes d'acquisition et des profondeurs mémoire différents peuvent affecter le taux de rafraîchissement de la forme d'onde. Certains fabricants d'oscilloscopes peuvent spécifier leur taux de rafraîchissement maximal (ou temps mort minimal) uniquement quand des modes spéciaux sont actifs. Par conséquent, en cherchant cette spécification, il est essentiel de comprendre sous quelles conditions le taux le plus rapide s'applique.

Sondes

Que sont les sondes pour oscilloscopes ?

Avant de pouvoir mesurer un signal, vous devez acquérir un oscilloscope. Parfois, vous pouvez utiliser des câbles BNC (ou SMA) afin de vous connecter directement à un dispositif sous test depuis la face avant de l'oscilloscope. Cependant, dans la plupart des cas, vous avez besoin d'utiliser une sonde.

Comment choisir les sondes dont vous avez besoin ?

Le type de sonde le plus classique est la sonde passive de tension. Ces sondes peu coûteuses sont adaptées aux applications d'ordre général. Les sondes avec des facteurs d'atténuation différents proposent une tension plus élevée ou une charge plus basse d'un signal.

Les sondes passives qui sont fournies avec un oscilloscope sont généralement adaptées ou légèrement supérieures à la bande passante de l'oscilloscope. La plupart des sondes passives n'excèdent pas 500 ou 700 MHz de la bande passante. Une sonde de tension active est nécessaire pour sondez des signaux avec plus de 700 MHz de bande passante.

Les sondes de tension actives utilisent un circuit amplificateur qui propose une bande passante plus large et une charge de circuit inférieure aux sondes passives. Elles possèdent une seule terminaison, différentielle, et des dimensions modulaires. Comme leur nom l'implique, ces sondes nécessitent une alimentation pour fonctionner.

Certaines sondes mesurent d'autres facteurs que la tension. Par exemple, les sondes de courant à effet hall mesurent le courant à travers un câble de manière non-intrusive. Les sondes de champ proche qui mesurent des champs électromagnétiques émis depuis des composants, des câbles et des PCB sont un autre exemple.

En général, les sondes actives d'un fabricant d'oscilloscopes ne peuvent pas être compatibles avec ceux d'un autre. Cependant,certains fabricants proposent des adaptateurs relatifs aux sondes des autres vendeurs. (si vous envisagez d'utiliser l'un de ces adaptateurs, vérifiez que la sonde soit compatible avec l'adaptateur !)

Rohde et Schwarz dispose d'une large variété de sondes passives, actives, et autres que pour la tension avec de nombreuses dimensions.

Autres considérations de la sonde pour oscilloscope

Les oscilloscopes avec des bandes passantes inférieures, généralement moins de 200 MHz, ne prennent en charge qu'une interface de sonde passive. En d'autres mots, ils ont uniquement un connecteur BNC en face avant. De l'autre côté, un oscilloscope ayant plus de 200 MHz peut avoir une interface de sonde active qui prend en charge à la fois les sondes passives et actives.

Instruments intégrés

Les oscilloscopes sont devenus plus que de simples outils de mesure pour formes d'ondes. Lorsque vous choisissez un oscilloscope, prenez en compte les autres instruments qu'il intègre. Voici quelques capacités supplémentaires à prendre en compte.

Analyse de spectre (FFT) avec les oscilloscopes

Une Transformée de Fourier rapide, ou FFT, convertit des formes d'ondes du domaine temporel en un diagramme dans le domaine fréquentiel. L'oscilloscope affiche la fréquence et la magnitude (au lieu du temps et de l'amplitude). Contrairement aux analyseurs de spectre classiques, les oscilloscopes doté d'une capacité d'analyse de spectre peuvent mesurer jusqu'à 0 Hz ou DC !

Les FFTs peuvent être implémentées en tant que simple fonction mathématique avec des contrôles limités ou accélérées matériellement avec des contrôles identiques à un analyseur de spectre. De plus, le R&S RTO6 propose une capacité unique de déclenchement sur zone qui vous permet de placer une fenêtre là où un événement pourrait (ou ne devrait pas) se produire, afin de limiter les mises à jour de l'écran à une fréquence d'intérêt.

Générateur de formes d'ondes arbitraires

Un générateur de formes d'ondes arbitraires intégré propose des fonctions telles que sinus, triangle, et carré avec des modulations telles que AM, FM, FSK, et PWM. Avoir un générateur intégré au sein de l'oscilloscope peut permettre un gain de place sur le banc. De plus, de nombreux oscilloscopes peuvent utiliser le générateur pour créer un signal à injecter dans un circuit, tandis qu'une voie analogique mesure la sortie. Par exemple, l'option d'analyse de réponse en fréquence (FRA) R&S®MXO4-K36 crée des diagrammes de bode d'une réponse de boucle de commande (CLR) et du taux de réjection d'une alimentation (PSRR).

La plupart des oscilloscopes Rohde et Schwarz proposent une option de générateur de formes d'ondes arbitraires soit sous formes d'option logicielle soit d'un module matériel.

Analyseur logique

Les oscilloscopes dotés de voies numériques peuvent capturer à la fois des formes d'ondes analogiques et numérique. Les voies logiques sont généralement corrélées en temps, ce qui signifie que l'oscilloscope les échantillonne simultanément avec les voies analogiques. Cette capacité se traduit par l'affichage d'événements sur les deux types de voies verrouillées en temps.

Tous les oscilloscopes Rohde et Schwarz proposent des voies numériques en option. Selon le modèle, 8 ou 16 voies sont disponibles.

Analyseur de protocoles

L'analyse de protocoles prend la forme d'onde acquise (sur les voies analogiques ou numériques) et les décode au sein d'un affichage de protocole. Par exemple, de nombreuses conceptions basées sur des micro-contrôleurs proposent un bus SPI, I2C, ou UART pour la communication. En utilisant une fonction d'analyse de protocole sur un oscilloscope, vous pouvez déclencher des événements spécifiques au protocole, comme le début d'un paquet ou, dans certains cas, une erreur CRC. Une fois déclenché, un affichage de décodage facilite la lecture du bus.

Il existe au moins deux manières de visualiser les données. L'une consiste à visualiser une superposition au dessus de la forme d'onde acquise. Cette vue est utile pour déterminer si un problème d'intégrité du signal provoque un problème de protocole. L'autre manière est un tableau de protocoles. Cette vision compacte vous permet de voir un grand nombre d'activités de protocoles sur une période courte.

Tous les oscilloscopes Rohde et Schwarz proposent diverses options de décodage pouvant être intégrées au moment de l'achat ou activées ultérieurement.

Format (Style)

Les oscilloscopes proposent diverses tailles. En général, plus la bande passante est élevée, plus le boîtier est imposant. Les oscilloscopes portables ont dorénavant autant de capacité que les modèles classiques du banc.

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Contrôle à distance

Qu'est ce que le contrôle à distance ?

Le contrôle à distance correspond à une connexion à l'instrument depuis un PC et le contrôler comme si vous étiez assis juste devant ce dernier. Dans ce mode d'utilisation, vous cliquez sur des boutons ou des boutons rotatifs depuis une face avant virtuelle via un navigateur web qui reproduit le panneau avant de l'instrument.

Comment choisir le type d'accès distant dont vous avez besoin ?

Si vous avez besoin d'un accès à distance à l'oscilloscope depuis votre laboratoire, assurez-vous qu'il prenne en charge le fonctionnement à distance. Par exemple, le R&S®RTB, le R&S®RTM, le R&S®MXO 4, le R&S®RTO 6, et le R&S®RTP prennent tous en charge un panneau virtuel via un navigateur web.

Autres considérations pour l'accès à distance

La plupart des oscilloscopes qui prennent en charge l'interface GPIB nécessitent d'acheter une option matérielle supplémentaire.

Automatisation (et connectivité)

Qu'est ce que l'automatisation (et la connectivité) ?

L'automatisation correspond au contrôle d'un instrument depuis un PC via un environnement de programmation tel que NI's LabView™, MathWorks's MATLAB®, ou Python. Ces environnements envoient des commandes à l'oscilloscope par USB, Ethernet, ou GPIB.