Oscilloscope
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Tracé d'oscilloscope classique


Tracé d'oscilloscope numérique


Apparition d'une fausse image


L'oscilloscope numérique ne peut pas montrer l'enveloppe


Tandis qu'un oscilloscope classique n'a pas ce problème

Cet article fait suite à la page dédiée aux oscilloscopes classiques.

Nous sommes passés aux oscilloscopes numériques, avec écran LCD à la place du tube cathodique. Le tube cathodique doit nécessairement être assez long du fait de la déflection électrostatique, la seule qui puisse être utilisée à toutes les fréquences.


Image 2 à droite:
L'oscilloscope numérique montré en exemple était très cher à l'époque (c'était tout nouveau), mais il est actuellement totalement dépassé.

Sensibilité: 10V/division, 50µs/division, ce qui nous donne une fréquence du signal de 10kHz.


Les premiers oscilloscopes numériques sont principalement utilisés parce qu'ils sont portatifs, car leurs caractéristiques ne sont pas aussi bonnes que celles d'un oscilloscope analogique de base. Quand vous comparez l'image de l'oscilloscope analogique avec celui de l'oscilloscope numérique, vous vous rendez rapidement compte que la version numérique n'est pas en mesure de rendre les fins détails du signal (l'overshoot à la mi-amplitude a disparu).

Ces oscilloscopes avaient une très faible vitesse d'échantillonage (généralement de 1MHz) permettant au mieux d'analyser des signaux de 100kHz ou moins (reconstruction du signal par interpolation linéaire). De plus, tous les phénomènes transitoires plus rapides étaient irrémédiablement perdus.

Une reconstruction du signal numérisé par interpolation sin(x)/x est plus complexe, mais permet de visualiser des signaux de 350kHz (toujours avec la même fréquence d'échantillonage).

Mais il est possible d'analyser des signaux de fréquence plus élevée que la fréquence d'échantillonage, à condition que les circuits analogiques qui précèdent le convertisseur aient une bande passante suffisante. Le truc qui est appliqué ici, c'est que l'appareil va prélever chaque échantillon avec un décalage dans le temps par rapport au signal de synchronisation.

Supposons que nous devons analyser le signal vidéo (bande passante de 5MHz minimum) avec notre oscilloscope qui a une fréquence d'échantillonage maximale de 1MHz. Nous voulons analyser une ligne (64µs), la fréquence de répétition est de 15.625Hz.

L'oscilloscope numérique va prendre un échantillon par ligne (aucun problème avec la fréquence de répétition de ligne de 15.625Hz), mais va retarder chaque prise d'échantillon de 0.064µs. Au bout de 1000 échantillons, nous obtenons le tracé complet d'une ligne. Un léger lissage permet de reproduire le signal d'origine.

Avec 1000 échantillons par ligne de 64µs, nous obtenons une fréquence d'échantillonage virtuelle de 15MHz avec une fréquence d'échantillonage effective de 15.469Hz. La fréquence d'échantillonage virtuelle de 15MHz est à peine suffisante pour reproduire un signal vidéo.

Si cette méthode d'échantillonage permet de numériser des signaux de fréquence plus élevée que celle du convertisseur, la plupart des effets transitoires ne peuvent pas être enregistrés.


Image 3 à droite:
La numérisation peut faire apparaitre de fausses images à une fréquence inférieure de la fréquence correcte, un problème que les oscilloscopes analogiques n'ont pas: dans un tel cas, l'oscilloscope analogique montre l'enveloppe.

20ms/division (ou 42ms pour une période), ce qui nous donne une fréquence de... 23.8Hz. Il est pratiquement impossible de discerner la vraie fréquence de répétition de la fausse fréquence.

Image 4 à droite:
Nous voilà à un des problèmes de l'oscilloscope numérique de base: il ne peut reproduire l'enveloppe d'un signal (par exemple la modulation d'un signal). Il effectue une numérisation et envoie le signal à l'écran, effacant la donnée précédente enregistrée à cet intervalle de temps.

L'oscilloscope analogique (image 5) a une fonction d'intégration automatique, chaque passage du balayage renforce un peu l'image, ce qui fait apparaitre l'enveloppe du signal.


Sans possibilité de visualiser l'enveloppe, il n'est pas possible de faire apparaitre certains tracés caractéristiques, comme par exemple le trapèze de modulation d'un émetteur AM.


Digital Phosphor Oscilloscope

Ce problème est résolu par les oscilloscopes de type DPO (digital phosphor oscilloscope) où le signal numérisé n'est pas envoyé directement à l'écran (où il active le pixel correspondant) mais envoyé à une mémoire. La mémoire a une cellule pour chaque pixel de l'écran. Chaque fois qu'une cellule est activée, la valeur em mémoire augmente légèrement.

A un intervale déterminé, l'information stockée dans les cellules de mémoire est transférée à l'écran, qui doit être en mesure de reproduire le niveau de chaque cellule, soit en niveaux de gris, soit avec des fausses couleurs. Il est possible de modifier la persistance, par exemple en utilisant une décroissance linéaire (au lieu de logaritmique comme avec du vrai phosphore) ou même en utilisant un système tout-ou-rien (la trace disparait si le niveau stocké dans la cellulle passe sous un niveau minimum).

De plus les effets transitoires (qui n'apparaissent normalement pas) peuvent être vidualisés dans une autre couleur.

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