Qu’est-ce qu’un oscilloscope numérique ?
Un oscilloscope numérique est un instrument de mesure qui convertit les variations des signaux électriques dans le temps en données numériques, les enregistre dans sa mémoire interne et les affiche sur un écran.
Contrairement aux testeurs, qui ne mesurent que la tension ou le courant à un moment donné, les oscilloscopes peuvent observer la période/fréquence d’un signal électrique, le front montant d’un signal et la différence de temps/phase entre plusieurs signaux.
Les oscilloscopes peuvent être divisés en deux grandes catégories : les oscilloscopes numériques et les oscilloscopes analogiques. Alors que les oscilloscopes analogiques projettent des signaux électriques sur un tube cathodique en temps réel, les oscilloscopes numériques, qui sont étudiés ici, recueillent des informations sous forme de “points” obtenus en échantillonnant des signaux électriques à des intervalles de temps discrets et affichent des pseudo-formes d’ondes.
Utilisations des oscilloscopes numériques
Les oscilloscopes sont des instruments de mesure permettant d’observer les signaux électriques tels que la tension et le courant dans les circuits électriques sous la forme de formes d’ondes, l’axe du temps étant l’axe horizontal. Ils sont utilisés pour vérifier et déboguer le fonctionnement des équipements industriels et grand public au cours du développement, et pour analyser les causes de défaillance des produits.
Les oscilloscopes numériques convertissent les signaux électriques en formes d’onde après un traitement des données tel que la conversion A/N. Ils présentent donc l’inconvénient d’être inférieurs aux oscilloscopes analogiques en termes de performances en temps réel, mais depuis 2000, le taux de mise à jour de l’écran a augmenté et s’est amélioré jusqu’à un niveau qui n’entrave pas l’utilisation pratique.
De plus, le prix des oscilloscopes numériques a progressivement baissé, de sorte que les oscilloscopes numériques sont aujourd’hui massivement utilisés.
Principe des oscilloscopes numériques
1. Traitement du signal d’entrée
Les oscilloscopes numériques disposent d’un signal d’entrée dont la sensibilité est ajustée par un atténuateur, dont l’amplitude est optimisée par un amplificateur et qui est ensuite appliqué à un convertisseur A/N, qui prend le signal à un moment fixé par la fréquence d’échantillonnage et le convertit en une valeur numérique. La valeur numérique est ensuite enregistrée dans la mémoire d’enregistrement comme les données d’un seul point de la forme d’onde.
2. Mémoire d’enregistrement
La mémoire d’enregistrement a une structure FIFO (first-in-first-out), ce qui signifie que lorsque la capacité de la mémoire d’enregistrement est pleine, les données les plus anciennes sont éliminées et de nouvelles données sont écrites. Par conséquent, la mémoire d’enregistrement fonctionne toujours de manière à contenir les données les plus récentes.
3. Formes d’onde du signal
L’écriture du convertisseur A/N dans la mémoire d’enregistrement est contrôlée par le circuit de déclenchement. Lorsque l’écriture dans la mémoire d’enregistrement est interrompue par un signal du circuit de déclenchement, l’enregistrement de la forme d’onde, qui est une collection de données pour chaque point stocké, est transféré à la mémoire d’affichage. En fonction des données contenues dans la mémoire d’affichage, la forme d’onde du signal est affichée sur l’écran de l’oscilloscope.
4. Pré-déclenchement
Si le signal du circuit de déclenchement arrête immédiatement l’acquisition d’un nouveau signal, l’enregistrement de la forme d’onde stocké dans la mémoire d’enregistrement est celui qui précède le signal de déclenchement. Cette possibilité d’observer les signaux d’entrée avant le signal de déclenchement est l’une des caractéristiques des oscilloscopes numériques et est connue sous le nom de pré-déclenchement. Avec les oscilloscopes analogiques, il était difficile de capturer des formes d’onde avant le signal de déclenchement, car le balayage de la ligne brillante commence après la réception du signal de déclenchement.
Comment choisir un oscilloscope numérique ?
Lors du choix d’un modèle, il est important d’utiliser un oscilloscope dont les spécifications sont suffisantes pour le contenu de la mesure. Plus précisément, les points suivants doivent être pris en considération :
- Réponse en fréquence
Plus la bande de fréquence est large, mieux c’est. - Fréquence d’échantillonnage
Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée, mieux c’est. - Nombre de canaux
Plus le nombre de canaux est élevé, plus l’appareil est avantageux. - Longueur de la mémoire
Plus la capacité de mémoire est grande, plus l’avantage est grand. - Types de sondes disponibles
Avantageux si de nombreux types de sondes sont disponibles. - Fonction de déclenchement
Avantageux si différentes conditions de déclenchement peuvent être définies.
Outre l’utilisation de base des oscilloscopes numériques pour l’observation des formes d’onde, leurs applications s’étendent à la vérification de la synchronisation, à l’analyse des formes d’onde et aux tests de conformité, et la gamme de mesures et les fonctionnalités augmentent en conséquence. D’autre part, plus les performances requises sont élevées, plus le prix sera inévitablement élevé. C’est pourquoi il est de plus en plus nécessaire de sélectionner des modèles dont les fonctions sont adaptées à l’utilisation prévue.
Autres informations sur les oscilloscopes numériques
1. Utilisation de l’enregistrement des formes d’onde
Comme les oscilloscopes numériques enregistrent les signaux d’entrée sous forme de données numériques dans leur mémoire d’enregistrement, ils peuvent également effectuer une analyse de forme d’onde à l’aide des données de la mémoire d’enregistrement, par exemple une analyse de fréquence des signaux à l’aide d’opérations FFT. En outre, les données peuvent être transmises à un dispositif de mémoire externe (par exemple, une mémoire USB) pour l’analyse et le stockage des données à l’aide d’un PC.
2. Mesures d’anticrénelage
Avec les oscilloscopes numériques, si l’intervalle d’échantillonnage est long par rapport à la fréquence du signal d’entrée, celui-ci peut être observé comme une forme d’onde incorrecte. Pour éviter ce phénomène, les données de la forme d’onde doivent être capturées à une fréquence d’échantillonnage plus de deux fois supérieure à la fréquence maximale du signal d’entrée.