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EDA/SW/T&M 60 - ELETTRONICA OGGI 488 - SETTEMBRE 2020 12-BIT SCOPES I n molte applicazioni, progettisti e ingegneri coin- volti in attività di T&M devono effettuare misure su un’ampia gamma dinamica per osservare segnali molto piccoli in presenza di segnali di ampiezze molto elevata. Tra le applicazioni tipiche vi sono la verifica dell’integrità della potenza, sistemi di ecolocalizza- zione come radar e sonar, sistemi per la formazione dell’immagine (imaging) in campo medicale come ri- sonanza magnetica nucleare (RMN) e risonanza ma- gnetica per immagini (RMI), nonché test non distruttivi mediante ultrasuoni. Gli oscilloscopi, anche se rappresentano il dispositivo ideale per effettuare queste misure nelle fasi di svilup- po e di prototipazione di un sistema, sono limitati dal- la risoluzione verticale del front-end. Ad esempio, un oscilloscopio a 8 bit ha una gamma dinamica di 256:1 per cui, in un intervallo di 1 V, il segnale minimo teori- co è 3,9 mV. Per visualizzare i segnali di ondulazione (ripple) dell’ordine dei millivolt su un bus a 3,3 V, sono necessari una sensibilità e un intervallo di offset mag- giori. Inoltre, quando si utilizzano sonde ad elevata at- tenuazione per impedire il caricamento del circuito, i livelli del segnale saranno attenuati in corrispondenza dell’ingresso dell’oscilloscopio e quindi la misura sarà difficile nel caso lo strumento non abbia un’elevata ri- soluzione. Il problema è che una maggiore sensibilità in presenza di un segnale o di un offset maggiore richiede oscillo- scopi a risoluzione più elevata, che in genere sono co- stosi, soprattutto se prevedono anche ingressi a basso rumore. Una risoluzione maggiore senza un rumore di fondo inferiore è inutile. Oscilloscopi a 12 bit, una valida alternativa agli strumenti a 8 bit Anche se gli oscilloscopi a 8 bit continueranno a essere ampiamente utilizzati, in molte applicazioni sono richieste l’alta definizione e l’ampia gamma dinamica tipica degli strumenti a 12 bit: gli oscilloscopi WaveSurfer 4000HD di Teledyne LeCroy rappresentano una valida soluzione offerta a un prezzo abbordabile Progettisti e sviluppatori hanno quindi bisogno di un oscilloscopio a 12 bit a prezzi ragionevoli, con un bas- so rumore di fondo del front-end. Una soluzione che risponde all’esigenza di alta risoluzione con basso ru- more di fondo del front-end disponibile a basso costo è rappresentata da WaveSurfer 4000HD di Teledyne LeCroy , una serie di oscilloscopi ad alta definizione. Questo articolo affronterà la difficoltà delle misurazio- ni ad alta gamma dinamica, il ruolo degli oscilloscopi ad alta definizione e spiegherà come utilizzarli in modo efficace per misure con un’ampia gamma dinamica. La risoluzione verticale dell’oscilloscopio La risoluzione verticale dell’oscilloscopio si riferisce al rapporto del segnale di ingresso massimo che l’o- scilloscopio può gestire rispetto all’ampiezza di se- gnale minima che è in grado di rilevare. La risoluzio- ne è generalmente quantificata dal numero di bit del convertitore analogico/digitale (ADC). La risoluzione è pari a 2 elevata alla potenza del numero di bit. Pertanto, un convertitore a 8 bit ha una risoluzione di 28, ossia 256:1. Un convertitore a 12 bit ha una risoluzione di 4096:1, ossia 16 volte maggiore rispetto a un conver- titore a 8 bit. Per anni, gli oscilloscopi digitali hanno offerto una ri- soluzione di 8 bit nelle versioni con larghezza di banda maggiore. Ciò è dovuto a un compromesso a livello di ADC, che rende la risoluzione, misurata dal numero di bit, inversamente proporzionale alla massima frequen- za di campionamento dell’ADC. Circa otto anni fa, Te- ledyne LeCroy ha introdotto gli oscilloscopi a 12 bit ad alta definizione, i cosiddetti oscilloscopi “HD”. Di recen- Rolf Horn Applications Engineer Digi-Key Electronics