Couverture ElectroniqueS n°127

Pour des mesures de temps de montée avec moins de 15 % d'erreurs, un oscilloscope numérique à réponse en fréquence plate offre une précision supérieure à celle d'un modèle à réponse gaussienne. Autre avantage du premier : ses filtres à flancs raides réduisent ou éliminent les erreurs de repliement de l'échantillonnage. Télécharger les schémas et tableaux récapitulatifs Les oscilloscopes ont traditionnellement une réponse en fréquence gaussienne. Une réponse gaussienne découle de la combinaison de nombreux éléments de circuit ayant des réponses en fréquence similaires. Tel est le cas des oscilloscopes analogiques, qui utilisent une chaîne de plusieurs amplificateurs analogiques, de l'entrée BNC à l'afficheur à tube cathodique. Les propriétés d'un oscilloscope à réponse gaussienne sont relativement bien enseignées et comprises dans l'industrie. En revanche, la réponse plate, de plus en plus répandue, des oscilloscopes numériques modernes à bande passante élevée est moins bien assimilée. Un oscilloscope numérique intègre une chaîne d'amplificateurs analogiques plus courte pour contribuer à l'obtention d'une réponse gaussienne, et peut mettre en &oelig;uvre des techniques de traitement numérique des signaux pour optimiser la précision de la réponse. Plus important, un oscilloscope numérique est sujet à des erreurs de repliement de l'échantillonnage (1), qui n'affectent pas un appareil analogique. Mais une réponse plate réduit ces erreurs de repliement par rapport à une réponse gaussienne, ce qui doit être pris en considération lors de la conception et de l'emploi d'un oscilloscope numérique. Le présent article examine tout d'abord les propriétés des oscilloscopes à réponse plate et à réponse gaussienne. Il étudie ensuite les précisions des mesures de temps de montée obtenues avec les deux types de réponse. Il montre ainsi qu'un instrument à réponse plate permet des mesures du temps de montée plus précises qu'un oscilloscope à réponse gaussienne de même bande passante. Dans ce qui suit, nous utiliserons comme exemple un oscilloscope de 1 GHz. Cette analyse peut être étendue à d'autres bandes passantes en conservant sa validité. Déterminer la bande passante requise Le tableau permet d'évaluer la bande passante nécessaire à l'oscilloscope pour effectuer des mesures précises. On calcule tout d'abord la fréquence maximale du signal (Fmax), à partir de son temps de montée (7). Puis l'on s'assure de la nature de la réponse de l'oscilloscope. En fonction du niveau de précision exigé, on multiplie ensuite la fréquence maximale du signal par le facteur approprié pour trouver la bande passante requise. Enfin, on vérifie que l'appareil dispose d'une fréquence d'échantillonnage suffisante pour obtenir la bande passante souhaitée sans erreurs de repliement. A titre d'exemple, la mesure d'un signal à temps de montée de 100 ps (20 %~80 %) à l'aide d'un oscilloscope à réponse plate, avec une précision de 10 %, exigera une bande passante de (0,4/ 100 ps)*1,2 4,8 GHz, et une fréquence d'échantillonnage minimale de 4,8 GHz*2,5 12 Géch/s. Avec un appareil à réponse gaussienne, la mesure du même temps de montée avec une précision similaire demanderait une bande passante de 5,2 GHz et une vitesse d'acquisition de 20,8 Géch./s (en fait, au-delà de 1 GHz, tous les oscilloscopes ont une réponse en fréquence plate). Cette procédure ne constitue qu'un outil d'évaluation de la bande passante nécessaire. Il sera prudent de mesurer la précision réelle du temps de montée, les réponses en fréquence variant d'un modèle à l'autre. (1) Des erreurs de repliement se produisent lorsque le signal a des composantes fréquentielles supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage, connue sous le nom de fréquence de Nyquist. (2) La bande passante est définie comme la fréquence à laquelle la réponse est abaissée de 3 dB, et le temps de montée est mesuré de 10 à 90 % de l'amplitude de l'impulsion. (3) La relation théorique d'un système gaussien est : temps de montée 0,339/bande passante, mais il a été convenu dans l'industrie d'utiliser 0,35/bande passante, cette formule étant d'un emploi plus pratique. (4) La bande passante du système est celle de l'ensemble sonde et oscilloscope. (5) Johnson, Howard et Martin Graham, High-Speed Digital Design : A Handbook of Black Magic, page 2, Prentice Hall, 1993. (6) Un oscilloscope numérique a souvent une fréquence d'échantillonnage 4 fois supérieure à la bande passante en temps réel spécifiée. (7) Selon l'application de l'utilisateur, un supplément de bande passante peut être exigé pour capturer le bruit et/ou la gigue au-delà de cette fréquence. (8) Valeurs typiques, variables d'un modèle d'oscilloscope à l'autre (consulter les spécifications du constructeur).

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