Il valore efficace, o valore quadratico medio (RMS), è uno dei parametri più comuni utilizzati nei test e nelle misure. Matematicamente, indica la media quadratica di valori continuamente variabili (forma d'onda). Specialmente quando si tratta di quantificare la potenza, l'RMS semplifica il calcolo, poiché è possibile ignorare la polarità della tensione e la direzione della corrente.
Nel valutare la qualità dei segnali di corrente o di tensione, è possibile determinare direttamente dal segnale alcune grandezze, come il picco e la frequenza. Altre, come la potenza di cresta, devono essere calcolate. Spesso il calcolo si esprime al meglio con il valore quadratico medio (RMS). Con un voltmetro o un amperometro, può essere utilizzato un circuito analogico per applicare una funzione di trasferimento quadratica e una media temporale per determinare i valori di RMS. Tuttavia, tale circuito è tipicamente limitato in banda e non è adatto per applicazioni RF.
Gli oscilloscopi con convertitori ADC veloci superano questa limitazione. I campioni digitalizzati sono la base per calcolare l'RMS, spesso realizzato con una misura automatica sull'oscilloscopio. A causa delle differenze nella realizzazione pratica dello strumento, i risultati della misura possono variare. Pertanto, è importante capire i metodi e le ipotesi per selezionare l'approccio più adatto e avvicinarsi a un risultato accurato e preciso. L'oscilloscopio R&S®RTM2000 offre tre approcci automatizzati con particolari punti di forza:
Calcolo dell'RMS dai campioni dell’ADC
Misura dell'RMS con un oscilloscopio digitale
Gli oscilloscopi funzionano campionando i segnali analogici con un convertitore analogico/digitale (ADC), per poi memorizzare il valore digitalizzato in una memoria a buffer. Quando la forma d'onda soddisfa la condizione di trigger, i campioni nel buffer vengono passati alla memoria di acquisizione per essere ricostruiti e visualizzati intorno al punto di trigger. L'oscilloscopio ripete questo processo e la forma d'onda si aggiorna sullo schermo per ogni nuova serie di valori che soddisfano la condizione di trigger. Per la misura dell'RMS, gli oscilloscopi utilizzano i campioni della forma d'onda presenti nella memoria di acquisizione per il calcolo. È una caratteristica di misura standard che è presente in quasi ogni oscilloscopio digitale. Poiché i dati provengono dalla memoria di acquisizione, la ripetizione della misura può essere veloce come la velocità di acquisizione della forma d'onda.
Impatto del campionamento dell'oscilloscopio sulla misura RMS
Poiché la misura avviene tramite la memoria di acquisizione, le variazioni del metodo di campionamento, cioè una decimazione diversa e la forma d'onda complessiva nella memoria di acquisizione, hanno un grande impatto sul risultato. È preferibile avere una forma d'onda ripetitiva e dei campioni adeguati. La modalità di decimazione, che memorizza selettivamente i campioni ADC nella memoria di acquisizione, possono limitare il calcolo, causando una possibile riduzione della precisione di misura e della larghezza di banda. In alcune architetture di oscilloscopi, le misure sono effettuate sui campioni di visualizzazione (dopo la pixelizzazione), provocando un'ulteriore degradazione dell'accuratezza di misura dell'RMS.
R&S®RTM-K32 e misura RMS mostrata in un blocco di elaborazione
Opzione R&S®RTM-K32 DVM
A differenza della misura automatica, che si basa su campioni della memoria di acquisizione, l'opzione R&S®RTM-K32 calcola il valore RMS direttamente dai campioni del convertitore ADC, indipendentemente dall'acquisizione della forma d'onda. Il risultato non dipende dalla forma d'onda o dal metodo di campionamento nella memoria di acquisizione. Il convertitore ADC dell'oscilloscopio R&S®RTM2000 lavora a 5 Gcampioni/s e quindi la funzione voltmetro digitale è in grado di misurare segnali fino a 2,5 GHz (Nyquist). Il calcolo è fatto su ogni campione dell'ADC, quindi la misura è possibile anche senza aver completato l'acquisizione.
Un altro vantaggio chiave di questa implementazione è dovuto al fatto che l'oscilloscopio R&S®RTM2000 è dotato di un convertitore ADC per ciascun canale. L'opzione R&S®RTM-K32 DVM permette di effettuare fino a quattro misure in parallelo per ogni canale. Oltre alla misura dell'RMS, può anche eseguire la misura diretta della componente continua, il picco, la cresta e le frequenze in base ai campioni dell'ADC.
Precisione dell'opzione R&S®RTM-K32 DVM
Uno dei parametri fondamentali per un voltmetro è la sua precisione. Tipicamente la precisione viene specificata dal numero di cifre del risultato misurato. L'opzione R&S®RTM-K32 utilizza direttamente i campioni dell'ADC e offre una precisione fino a tre cifre per le misure di ampiezza e fino a sette cifre per le misure di frequenza. La precisione è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni, e la flessibilità di avere più canali e misure simultanee dei parametri è il vantaggio più importante.
R&S®ProbeMeter
Se la precisione è un aspetto chiave, è possibile utilizzare una sonda R&S®ProbeMeter per aumentare ulteriormente l'accuratezza. È dotato di un convertitore ADC a 24 bit che garantisce un'accuratezza delle misure in continua dello 0,1%. Come mostrato nella figura seguente, R&S®ProbeMeter può bypassare l'ingresso del convertitore ADC dell'oscilloscopio, rendendolo indipendente dalle impostazioni del canale dello strumento e in grado di fornire sempre una lettura con gamma dinamica completa.
L'oscilloscopio R&S®RTM2000 offre diverse opzioni per misurare l'RMS. La funzione di misura automatica incorporata è facile da attivare, ma è limitata dalla ripetitività della forma d'onda, dalla frequenza di campionamento e dagli effetti di decimazione. L'opzione R&S®RTM-K32 DVM offre l'alternativa di utilizzare direttamente i dati campionati dall'ADC per una migliore misura dell'RMS, con una frequenza di campionamento fino a 5 Gcampioni/s e la capacità di eseguire simultaneamente quattro misure di tensione e due misure di frequenza. Se è necessaria la massima precisione, si possono prendere in considerazione le sonde attive Rohde & Schwarz con R&S®ProbeMeter, per ottenere una precisione senza precedenti dello 0,1% sull'intera gamma dinamica della sonda.
