Thread Content
Le concept de résolution verticale : la première étape pour mesurer un signal analogique à l’aide d’un oscilloscope numérique consiste à convertir le signal analogique reçu par la sonde en signal numérique au moyen d’un ADC (convertisseur analogique-numérique). La résolution du circuit de conversion analogique-numérique ADC détermine directement la précision d’échantillonnage dans la direction verticale de l’oscilloscope. Par exemple, si l’ADC est de 8 bits, alors le signal dans la direction verticale peut être divisé en 00000000 à 11111111, soit au total 2 à la puissance 8, c’est-à-dire 256 segments. La résolution verticale du convertisseur analogique-numérique est la même que celle de l’oscilloscope numérique ; elle indique le degré de précision avec lequel l’oscilloscope convertit la tension d’entrée en valeur numérique. Qu’est-ce qui détermine la résolution verticale affichée par l’oscilloscope numérique ? Dans quel ordre de priorité ? 1. La résolution de l’ADC frontal. 2. La résolution de l’écran : elle détermine quelle partie du signal traité peut être affichée. Par exemple, bien qu’un ADC puisse afficher 256 segments dans la direction verticale, la résolution de l’écran peut n’être que de 240 pixels en hauteur ; par conséquent, une partie des points est regroupée pour être affichée sous forme d’un seul pixel. 3. Algorithme d’interpolation : Sur un oscilloscope réel, les points pixels affichés ne sont pas nécessairement tous générés par un échantillonnage réel ; une partie est constituée de points virtuels calculés à l’aide d’un algorithme d’interpolation. Un bon algorithme d’interpolation permet que la différence entre les points interpolés et les points réels soit faible. Précision verticale : Lorsque nous utilisons le même oscilloscope pour mesurer le même signal à différents réglages verticaux, les résultats de mesure obtenus sont souvent différents. Par exemple, lorsque nous mesurons un signal en forme d’onde carrée de 2 V, à la position verticale de 2 V, l’amplitude mesurée peut être de 1,960 V. https://pic1.zhimg.com/80/v2-c2ca68a39b3dc49b0d846b2499e4c084_720w.jpg Lorsque le réglage vertical est de 500 mV, l’amplitude mesurée est de 1,980 V. https://pic2.zhimg.com/80/v2-4fb1606003ba7c3657366ad7718f6989_720w.jpg Pourquoi est-ce comme ça ? Comme cela concerne la résolution verticale, supposons que lorsque l’échelle verticale est de 500 mV/div et qu’il y a 10 divisions dans la direction verticale de l’oscilloscope, sa résolution verticale est déterminée par la résolution de l’ADC, soit (500 mV * 10) / 256 = 19,531 mV. Cela signifie que l’ADC ne peut pas distinguer des signaux de tension inférieurs à 19,531 mV. Pour mesurer le même signal, avec un réglage vertical de 2 V/div, la valeur du signal que l’ADC peut distinguer est de (2000 mV * 10) / 256 = 78,125 mV. Les signaux ayant une valeur inférieure à celle-ci ne peuvent pas être mesurés. Ainsi, tous les instruments de mesure numériques présentent une erreur de quantification lors de la collecte des données. Plus le nombre de bits de l’ADC est élevé, plus l’erreur de quantification est faible, mais elle ne peut que diminuer indéfiniment sans pour autant disparaître. Ainsi, lorsque nous mesurons une forme d’onde, nous veillons à ce qu’elle occupe tout l’écran de l’oscilloscope, dans le but d’améliorer la précision verticale et de rendre les résultats de mesure plus exacts. https://pic1.zhimg.com/80/v2-ee2f37c4fc842d5f21b600c24f94753c_720w.jpg En modifiant l’algorithme, on peut améliorer la résolution. Dans un oscilloscope numérique, plus le nombre de bits de l’ADC est élevé, meilleure est la résolution verticale ; cette résolution est déterminée par le matériel et ne peut pas être modifiée une fois fixée. Cependant, la résolution déterminée par le nombre de chiffres significatifs de l’ensemble du système de l’oscilloscope est différente de celle-ci, et nous pouvons améliorer la résolution à l’aide de logiciels. https://pic2.zhimg.com/80/v2-9f6926ed3b6a2580a91e9f60a2a2d3fd_720w.jpg Actuellement, la méthode la plus couramment utilisée par la plupart des oscilloscopes pour améliorer la résolution après échantillonnage par l’ADC est l’« moyennage ». https://pic4.zhimg.com/80/v2-9d71cf8afabbe680a900c9c0e22722d7_720w.jpg Dans le mode d’échantillonnage moyen, on peut d’abord définir un nombre de moyennes N ; ensuite, l’oscilloscope aligne les N segments de forme d’onde collectés selon leur position de déclenchement, effectue une opération de moyenne sur ces N segments, pour obtenir finalement un segment de forme d’onde moyennée. https://pic1.zhimg.com/80/v2-bad51e62c119a27c28699819256d313c_720w.jpg Cette méthode d’échantillonnage réduit le bruit aléatoire sans perdre de bande passante, ce qui améliore la résolution du système d’oscilloscope. Cependant, le mode moyen met plus de temps à répondre aux formes d’onde changeantes ; on sacrifie ainsi la vitesse de l’oscilloscope au profit d’une résolution plus élevée. De plus, en raison de sa manière de traitement particulière, il ne peut traiter que des signaux périodiques. En résumé, la résolution verticale de l’écran de l’oscilloscope est elle-même limitée. De plus, lors de la mesure de signaux à haute fréquence, l’amplitude n’est pas précise ; à la fréquence maximale, l’erreur peut même atteindre 30 %. En outre, une résolution verticale trop élevée prolonge le temps de conversion analogique-numérique, ce qui affecte le taux d’échantillonnage et par conséquent la bande passante, ce qui n’en vaut pas la peine. La résolution verticale des oscilloscopes ordinaires est de 8 bits, tandis que celle des oscilloscopes à haute résolution atteint 12 bits. Si la précision du circuit analogique de l’oscilloscope lui-même n’est pas améliorée, il est inutile de se concentrer uniquement sur la résolution de l’ADC. Si l’on cherche une précision de tension élevée, il convient d’utiliser un multimètre ; la fonction principale de l’oscilloscope est d’observer la forme des signaux, avec une précision généralement inférieure à 2 %. Une telle précision suffit amplement pour la plupart des applications.