Glossaire relatif aux oscilloscopes

Compte tenu de l'ampleur de l'offre, nous savons qu'il peut être difficile de déterminer le produit le mieux adapté à vos besoins. Nous essayons donc de vous fournir le maximum de conseils. Il peut s'agir de connaissances théoriques relatives aux propriétés ou d'une simple analyse des avantages et des inconvénients des produits. Le premier point fait l'objet de cet article. Cet article a été rédigé afin de servir de guide et de fournir des explications relatives aux différentes caractéristiques présentées dans les fiches techniques des oscilloscopes.

La fiche technique de la plupart des oscilloscopes ne se limite en effet pas au nombre de voies et à la taille de la bande passante. Cet article offre une vue d'ensemble de A à Z des termes les plus communément utilisés dans les fiches techniques des oscilloscopes. La plupart des fiches techniques sont en anglais et certains termes ne disposent d'aucune traduction française. Les deux langues seront donc utilisées dans cet article. Lorsqu'une unité est disponible pour les spécifications, elle est indiquée après ces dernières, entre crochets.

Table des matières

• Amplitude
• Bande passante
• Connectivité
• Division
• Transformation de Fourier
• Mémoire
• Holdoff range
• Interpolation
• Voies
• Opérations Math
• Temps de montée
• Fréquence d'échantillonnage
• Déclencheurs
• Sensibilité verticale
• Résolution verticale
• Taux de capture de forme d'onde

Amplitude

Utilisation d'un concept alternatif pour l'amplitude

L'amplitude, en tant que terme technique général, est définie comme l'écart maximal par rapport au zéro ou à "l'équilibre". Ainsi, lorsqu'une onde sinusoïdale est mesurée avec un oscilloscope, l'amplitude sera l'amplitude de l'onde sinusoïdale. Certaines marques d'oscilloscope utilisent une définition différente pour comprendre l'amplitude. On peut en voir un exemple à côté où, dans ce cas pour Siglent, l'amplitude est représentée comme la différence entre l'"état supérieur" le plus probable (haut) et l'"état inférieur" le plus probable (base). Ces différentes définitions peuvent toujours être trouvées dans le manuel du produit concerné.

Bande passante (largeur de bande) [Hz]

Point -3 dB.

La caractéristique la plus importante d'un oscilloscope est peut-être la bande passante, qui indique jusqu'à quelle fréquence les signaux peuvent être mesurés. Ceci détermine la capacité fondamentale de l'appareil à mesurer les signaux. Jusqu'à cette valeur, l'oscilloscope est en mesure d'afficher les signaux de manière précise et réaliste. La bande passante est définie comme la fréquence à laquelle le point -3 dB est atteint. Il s'agit du point de fréquence auquel une onde sinusoïdale mesurée est atténuée jusqu'à pouvoir être mesurée à 70,7 % de l'intensité du signal d'origine.
Sans une bande passante convenable, les autres caractéristiques de l'oscilloscope ne présentent que peu d'intérêt. Certains détails seront perdus, rendant divers calculs relativement inutiles. Afin de s'assurer de disposer d'une bande passante suffisante, il suffit d'effectuer un calcul simple :
Largeur de bande ≥ Composante de fréquence la plus élevée du signal x 5

Exemple de connectivité.

Connectivité (connectivity)

Cette spécification est directement liée aux préférences de l'acheteur. Certains oscilloscopes offrent des possibilités particulièrement étendues en matière de connectivité, d'autres disposent uniquement d'une sortie déclencheur. Les éléments nécessaires ici dépendent de l'utilisation de l'oscilloscope. Si l'oscilloscope est souvent commandé depuis un ordinateur ou si les données doivent être utilisées afin d'être comparées à des valeurs de simulation, alors un hôte USB ou un port de connexion d'équipement peut être particulièrement pratique. Si seul l'affichage des signaux est nécessaire et qu'aucune analyse ne doit être réalisée, les dispositifs de connectivité représentent alors un luxe superflu. La plupart des oscilloscopes sont équipés de manière standard d'un dispositif de connexion.

Un connecteur LAN offre la possibilité de brancher l'oscilloscope à un ordinateur, ce qui permet de commander l'oscilloscope par le biais d'un réseau. Ceci offre un large éventail de possibilités pouvant s'avérer très pratiques, notamment en laboratoire.

Ces connexions offrent des possibilités de communication en parallèle à l'aide d'un ordinateur ou d'un autre équipement. Peu d'oscilloscopes en sont équipés.

Cette sortie est importante en particulier pour tester plusieurs produits. Il est possible de définir des paramètres particuliers afin que la sortie succès/échec puisse effectuer des tests automatiques par lot. Ceci est donc particulièrement pratique dans un environnement professionnel.

Grâce à un connecteur déclencheur, l'oscilloscope peut être activé par le biais d'un autre appareil, par exemple un générateur de fonctions. Ceci offre un déclenchement stable, pouvant permettre la mesure de signaux en principe inadaptés à un déclenchement. Le bruit en est un exemple.

Certains oscilloscopes sont équipés de sorties « image » permettant de les connecter directement à un moniteur.

Il existe des connexions USB de deux types, appelés « hôte » et « dispositif ». Ces deux types définissent le cheminement de la communication et indiquent si l'appareil peut être connecté directement à un ordinateur. Une connexion avec hôte USB permet d'écrire des données sur des dispositifs de stockage, notamment les clés USB. Une connexion USB offre la possibilité de brancher un ordinateur afin, par exemple, d'afficher les mesures directement sur l'écran de ce dernier.

Chaque carreau de l'écran d'un oscilloscope est appelé division. Division Nom des carreaux présents sur l'écran des oscilloscopes. De nombreuses possibilités de paramétrage y sont liées, notamment les réglages verticaux et horizontaux. Presque tous les oscilloscopes proposent un paramétrage par division. Cela permet par exemple de mesurer facilement l'amplitude d'un signal.

Exemple de calcul d'une FFT sur un signal dont la fréquence varie. Transformation de Fourier (FFT) La FFT permet à l'oscilloscope d'indiquer les fréquences présentes dans le signal ainsi que leur niveau de représentation. La FFT est un outil pratique permettant par exemple d'analyser les signaux FM, étant donné qu'ils possèdent toujours au moins deux composantes de fréquence difficiles à trouver dans le domaine temporel. Sur ce point, les oscilloscopes offrent tous une expérience différente pouvant difficilement être mesurée à la lecture seule des spécifications.

Profondeur de mémoire (memory depth) [points] ou [pts]

Ce chiffre indique la taille de la mémoire de l'oscilloscope, ce qui correspond au nombre de points pouvant être enregistrés lors de la mesure d'un signal. La règle à ce sujet est la suivante : plus la valeur est élevée, plus l'affichage du signal est détaillé. Une profondeur de mémoire importante permet d'afficher chaque période de mesure de manière plus détaillée, à condition que la fréquence d'échantillonnage soit suffisante.

Holdoff range [s]

Cette spécification est liée au déclenchement et indique le temps d'attente de l'oscilloscope entre deux recherches de point de déclenchement.

Interpolation

Comparaison des deux méthodes d'interpolation.

Il existe deux types principaux d'interpolation : sin x/x et linéaire. Ces deux types sont souvent pris en charge par les oscilloscopes. Dans le cas de l'interpolation sin x/x, les valeurs d'échantillonnage sont liées par une ligne courbe. L'interpolation linéaire forme quant à elle des lignes droites. Les deux méthodes d'interpolation présentent des avantages. L'interpolation sin x/x offre par exemple de meilleurs résultats en présence de signaux de forme sinusoïdale. Il en est de même pour l'interpolation linéaire lorsqu'elle est utilisée avec des signaux de forme carrée ou en dents de scie. La méthode d'interpolation choisie a un impact sur le niveau de fréquence d'échantillonnage nécessaire.

Un signal de forme sinusoïdale peut être affiché de manière suffisamment précise avec sin x/x lorsque la vitesse d'échantillonnage est 2,5 fois plus élevée que la fréquence du signal. L'interpolation linéaire n'offre, quant à elle, pas de représentation de qualité même avec un facteur de 10.

Apparence type des connecteurs d'un oscilloscope

Voies (channels)

Plus le nombre de voies dont dispose un oscilloscope est élevé, plus le nombre de signaux différents pouvant être affichés simultanément est grand. Il est important de toujours prendre la fréquence d'échantillonnage en compte lors de la lecture de cette spécification. En effet, la fréquence d'échantillonnage est souvent divisée entre les différentes voies, ce qui peut entraîner une diminution de la résolution lorsque plusieurs voies sont utilisées.

Opérations Math

En plus de l'affichage de signaux, un oscilloscope permet souvent la réalisation de calculs sur les signaux, notamment additionner ou multiplier deux signaux entre eux. De nombreux oscilloscopes offrent également la possibilité d'effectuer une transformation de Fourier rapide (FFT) sur les signaux. L'étendue des opérations pouvant être effectuées est souvent très variée, des fonctions de base à des fonctions très complexes pouvant être programmées par l'utilisateur lui-même.

Définition du temps de montée.

Temps de montée [s]

Le temps de montée est particulièrement important lors de la mesure de signaux numériques. Il s'agit du temps nécessaire à l'oscilloscope pour suivre une impulsion. De manière plus spécifique, il s'agit du temps nécessaire pour permettre une augmentation de 10 – 90 % de la puissance du signal sur l'oscilloscope. Lors du suivi d'une transition numérique de 0 à 1, certains détails du signal seront donc perdus pendant le laps de temps nécessaire pour passer d'un niveau bas à un niveau élevé. La règle à ce sujet est la suivante : plus le temps de montée est court, plus le signal est détaillé. Le temps de montée est presque toujours inversement proportionnel à la largeur de bande : une largeur de bande élevée permet un temps de montée court.

Fréquence d'échantillonnage [é/s]

Effet d'une fréquence d'échantillonnage élevée.

La fréquence d'échantillonnage indique la fréquence à laquelle les valeurs d'entrée sont relevées en l'espace d'une seconde. La mesure est effectuée en nombre d'échantillons par seconde. En règle générale, plus la fréquence est élevée, meilleurs sont les résultats. Un oscilloscope offrant une fréquence d'échantillonnage élevée permet en fait de mesurer et d'afficher les signaux de manière plus détaillée. Le risque de perdre des informations importantes lors de la collecte des données est donc réduit. La fréquence d'échantillonnage la plus adaptée dépend du type d'interpolation utilisée par l'oscilloscope. Dans le cas d'une interpolation sin(x)/x, la fréquence d'échantillonnage minimum doit être environ 2,5 fois plus élevée que la fréquence la plus élevée du signal. En présence d'une interpolation linéaire, elle doit être environ 10 fois plus élevée pour permettre une représentation précise.

Déclencheurs

Les possibilités de déclenchement d'un oscilloscope sont particulièrement importantes pour permettre une représentation stable du signal. Différentes méthodes de déclenchement existent. Elles permettent toutes, de manière différente, d'obtenir une représentation claire du signal. Le « front montant » (rising edge) est un exemple de type de déclenchement. Il permet de déterminer le moment auquel un signal monte par rapport à une valeur seuil paramétrable. Il permet par exemple de représenter facilement les ondes carrées et sinusoïdales.

Sensibilité verticale (vertical sensitivity) [V]

Cette caractéristique indique les valeurs de crête les plus basses pouvant être mesurées et amplifiées par l'oscilloscope. La plupart des oscilloscopes disposent de divisions de 1 ou 10 mV à 10 V, ce qui permet d'afficher des signaux très faibles comme des signaux très puissants.

Résolution verticale (vertical resolution) [bit]

Effet d'un nombre de bits élevé.

Ce nombre indique de combien de chiffres binaires l'oscilloscope dispose pour afficher différentes tensions d'un signal. Ce nombre est lié au convertisseur de analogique-numérique, également appelé convertisseur N/A (ADC). De nombreux oscilloscopes disposent d'un ADC de 8 bits, permettant la mesure de 256 niveaux environ entre les valeurs minimum et maximum. Cette règle est applicable quelle que soit l'échelle, donc de 1 mV à 10 V par division. Certaines méthodes de calcul permettent d'améliorer la résolution à un stade ultérieur.

Taux de capture de forme d'onde [wfm/s]

Cette spécification donne une idée de la rapidité de l'oscilloscope quant à la détection des caractéristiques d'un signal. Ce paramètre dépend également de la fréquence d'échantillonnage, mais ces spécifications mettent en lumière des points très différents. Tous les oscilloscopes présentent un « temps mort » entre chaque mesure. Pendant ce laps de temps, l'oscilloscope traite le signal reçu et effectue d'éventuels calculs. L'oscilloscope ignore alors les informations reçues au niveau de l'entrée. Une éventuelle variation du signal à ce moment-là ne serait donc pas prise en compte ni affichée sur l'écran de l'oscilloscope. Une valeur wfm/s plus élevée implique un risque plus faible que certaines caractéristiques du signal soient ignorées, car le « temps mort » est plus court. Certains oscilloscopes disposent d'un « mode rafale » permettant, pendant un certain temps, une vitesse de capture extrêmement élevée. Après cela, le traitement de l'ensemble des données est effectué sans interruption, de sorte que les périodes de temps mort forment des blocs plus longs.