Il primo passo nella scelta della sonda giusta è l’analisi dell’attività di misura. Il circuito da verificare è collegato a massa (il che significa che è necessaria una sonda differenziale o riferita a massa)? Qual è la frequenza massima possibile del segnale (quale larghezza di banda è necessaria)? Qual è la massima tensione d’ingresso che può verificarsi?
Misure differenziali o riferite a massa
Le sonde differenziali sono necessarie quando il circuito da verificare non è collegato a massa, per effettuare misure di tensione su alimentatori a commutazione, ad esempio, o per misure a basso rumore tra segnali differenziali. Anche se non c’è una ragione fisica per non usare una sonda differenziale su un circuito collegato a massa, in queste circostanze le prestazioni di una sonda riferita a massa (single ended) saranno superiori; un’impedenza d’ingresso più alta, una capacità d’ingresso più bassa e una gamma dinamica più ampia.
Larghezza di banda e tempo di salita
La larghezza di banda è uno dei parametri più importanti nella selezione di una sonda. Definisce la frequenza massima effettiva che può essere misurata con precisione con la sonda; alla frequenza massima specificata un segnale sarà visualizzato oltre 3 dB (circa il 30%) più debolmente di quanto sia effettivamente. Per una rappresentazione accurata del segnale, la frequenza massima, sia dell’oscilloscopio che della sonda, deve essere significativamente maggiore della frequenza più alta da misurare. Quando si misurano i segnali digitali, la larghezza di banda di misura dovrebbe essere da 3 a 5 volte maggiore della frequenza di clock; per il debug di un progetto digitale è sufficiente una larghezza di banda 3 volte maggiore. Per i test di conformità sulle interfacce digitali, la larghezza di banda deve essere 5 volte maggiore della frequenza di clock.
Quando si misurano segnali con fronti rapidi (che appaiono con ripide pendenze sul display dell’oscilloscopio), come quando si caratterizzano gli alimentatori a commutazione, il parametro critico è il tempo di salita dell’oscilloscopio e della sonda. Per ottenere misure precise, il tempo di salita dovrebbe essere di un fattore da 3 a 5 volte inferiore al tempo di salita dell’impulso misurato.
Gamma dinamica
La gamma dinamica di una sonda definisce la tensione massima d’ingresso misurabile. È specificata per la tensione continua e spesso diminuisce all’aumentare della frequenza del segnale. Per le sonde differenziali si distingue anche tra gamma dinamica di modo comune e gamma dinamica differenziale. La gamma dinamica di modo comune specifica il campo di tensione d’ingresso valido per un singolo ingresso differenziale, misurato con riferimento alla massa. La gamma dinamica differenziale specifica la massima tensione differenziale di ingresso misurabile.
Per misurare con precisione segnali di grande ampiezza con tempi di salita e discesa rapidi, deve essere disponibile una gamma dinamica sufficientemente ampia ad alte frequenze di misura. Quando si misura l’ondulazione residua degli alimentatori a commutazione in corrente continua, si devono misurare anche segnali molto piccoli con una grande componente in continua. Per rendere disponibile l’intera risoluzione del convertitore A/D, le sonde moderne hanno la possibilità di lavorare con un offset DC.
Nel caso delle sonde ad alta tensione, la sicurezza dell’operatore è una considerazione fondamentale. Le sonde ad alta tensione sono quindi dotate di uno speciale isolamento e di altri meccanismi di protezione contro il contatto accidentale. Queste sonde sono caratterizzate dalla massima tensione verso massa e dalla categoria di misura. La categoria di misura definisce gli ambienti di misura in cui l’operatore è protetto. Una sonda può essere utilizzata solo nelle categorie di misura per le quali è stata definita.
Carico sul dispositivo in prova
Un sistema di misura non deve caricare eccessivamente il circuito in prova, sia per evitare il degrado dei segnali, sia per garantire che il funzionamento del dispositivo in prova non sia compromesso. La soluzione è utilizzare sonde con un’alta impedenza d’ingresso e una bassa capacità d’ingresso. L’impedenza d’ingresso risultante dipende fortemente dalla frequenza ed è tipicamente inferiore a 500 Ω alla frequenza di taglio della sonda.
Le sonde passive hanno tipicamente un’impedenza d’ingresso di 10 MΩ e una capacità d’ingresso superiore a 10 pF. Le sonde attive hanno tipicamente una capacità d’ingresso di circa 1 pF. È importante selezionare i giusti accessori della sonda per effettuare il contatto fisico con il dispositivo in prova. I pin e i conduttori lunghi aumentano la capacità e l’induttanza, abbassano la massima larghezza di banda di misura e portano a un eccesso di sovraelongazione (overshoot) e ad artefatti dovuti alle oscillazioni (ringing) in corrispondenza dei fronti di un impulso.
Funzioni supplementari e accessori per le sonde
Oltre ai parametri prestazionali, vanno prese in considerazione anche altre funzioni supplementari delle sonde per semplificare le attività quotidiane. Ad esempio, molte sonde attive Rohde & Schwarz includono un voltmetro digitale integrato o un micro pulsante. Con il voltmetro è possibile controllare la tensione senza dover cambiare i collegamenti. Il micro pulsante può essere configurato in modo da permettere il controllo diretto dell’oscilloscopio dalla sonda.
I diversi accessori offrono flessibilità durante il contatto con il punto di test, rendono più facile il lavoro quotidiano dell’operatore e aiutano a prevenire gli errori di misura. Gli accessori disponibili includono puntali rigidi e a molla, puntali, adattatori e cavetti di estensione. Rohde & Schwarz offre un set completo di accessori per ogni sonda.
