Come l'assenza di tempo morto rivoluziona il modo di eseguire il debug

Cos'è il tempo morto, o tempo cieco (blind time)?

Quando si utilizza un oscilloscopio, è importante comprendere le due fasi principali del relativo ciclo di acquisizione:

• campionamento
• elaborazione/visualizzazione

Durante la fase di campionamento, l'oscilloscopio registra i segnali e le forme d'onda del circuito o del dispositivo. Quindi, viene avviata la fase di elaborazione/visualizzazione e il campionamento viene messo in pausa. Questa pausa nel campionamento è il tempo morto, durante il quale lo strumento rimane 'cieco', e può essere un vero problema per progettisti e ricercatori. Perché? Perché in questo lasso di tempo l'oscilloscopio non acquisisce nuovi campioni e gli eventi o i segnali importanti vanno persi. Se l'oscilloscopio ha un tempo morto lungo, si rischia di perdere informazioni critiche. Per alcuni oscilloscopi, il tempo morto può rappresentare oltre il 99% del tempo totale di acquisizione: è un tempo lungo per essere ciechi!

Il tempo morto dipende da due fattori principali:

• Il numero di campioni che devono essere memorizzati ed elaborati: maggiore è il numero di campioni, più lungo è il tempo morto.
• La quantità e il tipo di elaborazione: funzioni di analisi e parametri di elaborazione diversi hanno requisiti di elaborazione diversi. Ad esempio, l'utilizzo di una larghezza di banda di risoluzione più stretta con una trasformata di Fourier veloce aumenterà significativamente il tempo morto.

Qual è la frequenza di aggiornamento dell'oscilloscopio?

Quando si tratta di oscilloscopi, uno dei fattori chiave da considerare è la frequenza di aggiornamento, ovvero quanto rapidamente l'oscilloscopio può eseguire il trigger, elaborare e visualizzare forme d'onda sequenziali. Più alta è la frequenza di aggiornamento, meglio è, perché significa che sarete in grado di completare i vostri test più rapidamente e con maggiore fiducia nei vostri risultati.

La frequenza di aggiornamento è inversamente proporzionale al tempo di acquisizione totale: più lungo è il tempo di acquisizione totale (che comprende sia il tempo di campionamento che il tempo di elaborazione/visualizzazione), minore è la frequenza di aggiornamento. Come abbiamo visto, il tempo morto è un fattore importante nel determinare il tempo totale di acquisizione. Pertanto, più lungo è il tempo morto, più lungo è il tempo totale di acquisizione e più bassa è la frequenza di aggiornamento. Ecco perché è così importante scegliere un oscilloscopio con un tempo morto breve. Riducendo al minimo il tempo in cui l'oscilloscopio non acquisisce nuovi campioni, è possibile ridurre il tempo totale di acquisizione e aumentare la frequenza di aggiornamento. Questo, a sua volta, aiuterà a ottenere risultati di collaudo più accurati e affidabili e a ridurre il tempo complessivo necessario per completare i progetti.

Se siete alla ricerca di un oscilloscopio con un'eccellente frequenza di aggiornamento, non dimenticate di dare un'occhiata all'R&S®MXO 4: vanta la massima frequenza di aggiornamento in tempo reale al mondo, con l'acquisizione, l'elaborazione e la visualizzazione di oltre 4.600.000 forme d'onda al secondo.

Ridurre al minimo il tempo morto: è possibile azzerare il tempo morto?

Sfortunatamente, nessun oscilloscopio può avere un tempo morto che sia veramente zero, ma alcuni oscilloscopi moderni vi si avvicinano molto, con tempi morti nell'ordine dei nanosecondi. Ad esempio, l'oscilloscopio R&S®MXO 4 offre un tempo morto minimo inferiore a 21 ns tra acquisizioni consecutive e la più rapida frequenza di aggiornamento al mondo. Questa impressionante prestazione è dovuta principalmente al circuito integrato per applicazioni specifiche (ASIC) ad alte prestazioni. Un ASIC fornisce un'elaborazione del segnale più rapida ed efficiente ed è uno dei modi principali in cui un produttore può ridurre il tempo morto di un oscilloscopio. Le generazioni precedenti utilizzavano hardware di uso generale per l'elaborazione e il controllo del segnale. Queste capacità limitate dell'oscilloscopio e l'acquisizione di dati ad alta velocità e l'elaborazione del segnale in tempo reale erano impossibili. Un ASIC progettato specificamente per un oscilloscopio può fornire hardware dedicato per l'elaborazione del trigger o l'acquisizione dei dati e può eseguire queste funzioni in modo molto più efficiente rispetto a un processore generico, riducendo così il tempo morto.

Alcuni oscilloscopi sono dotati di funzioni progettate per ridurre i tempi morti:

• Memoria segmentata: l'oscilloscopio cattura solo le parti del segnale a cui si è interessati e ignora il resto. Questo può ridurre notevolmente la quantità di dati che l'oscilloscopio deve gestire.
• Campionamento interleaved: l'oscilloscopio utilizza più convertitori analogico/digitali per campionare il segnale in tempi leggermente diversi e poi combina questi campioni per creare un'immagine più completa del segnale.
• Elaborazione parallela: l'oscilloscopio dispone di più percorsi di elaborazione, che consentono di elaborare un segmento di dati mentre ne acquisisce un altro.
• Alta frequenza di campionamento: l'oscilloscopio può acquisire ed elaborare i dati più rapidamente.

È anche possibile ottimizzare le impostazioni dell'oscilloscopio per ridurre il tempo morto. Ad esempio, se si è interessati solo a una parte particolare del segnale, è possibile regolare le impostazioni per concentrarsi su quella parte. Si possono regolare le impostazioni della base dei tempi e le configurazioni del trigger per concentrarsi sulla parte rilevante del segnale.

Come un breve tempo morto favorisce il debugging

Immaginate un mondo in cui sia possibile catturare con facilità ogni problema tecnico, picco di tensione o segnale ad alta frequenza. Sembra troppo bello per essere vero? Beh, non lo è. Con un tempo morto quasi nullo, gli oscilloscopi moderni come R&S®MXO 4 possono trasformare questo sogno in realtà.

Nel mondo del debugging, il tempo morto ridotto è un fattore determinante. Riduce al minimo le possibilità di perdere eventi rari e transitori come problemi tecnici o picchi di tensione. Questo è particolarmente importante in applicazioni come l'elettronica di potenza che coinvolgono segnali di commutazione ad alta frequenza.

Un tempo morto breve semplifica inoltre l'analisi di segnali complessi. Con un tasso di aggiornamento più elevato, è possibile catturare più forme d'onda osservate in una singola finestra di osservazione, consentendo una rappresentazione più accurata e dettagliata del segnale. Guardate l'immagine qui sotto. La forma d'onda acquisita con una frequenza di aggiornamento più rapida è più precisa e dettagliata di quella acquisita con una frequenza di aggiornamento più lenta. Ciò è particolarmente utile per identificare rumori o eventi piccoli e rari che potrebbero facilmente essere trascurati con una frequenza di aggiornamento più lenta. Una frequenza di aggiornamento più elevata consente inoltre di impostare il trigger su questi eventi. Ciò può essere un fattore critico per molte applicazioni, come le comunicazioni digitali, dove la qualità del segnale è fondamentale per garantire le prestazioni richieste.

Altri vantaggi di un tempo morto più breve

Un tempo morto breve riduce i tempi di test non solo aiutando il debugging, ma anche migliorando l'usabilità e la reattività dello strumento. Per la maggior parte gli oscilloscopi moderni privilegiano l'elaborazione della forma d'onda rispetto all'interfaccia utente. In pratica, ciò significa che un oscilloscopio aggiorna solo la visualizzazione e risponde agli input dell'utente solo al termine del relativo tempo morto. Pertanto, un tempo morto ridotto rende un oscilloscopio più reattivo in termini sia di visualizzazione che di controllo. Questa caratteristica riduce naturalmente la frustrazione e la probabilità di errore dell'utilizzatore.

La maggiore confidenza statistica è un altro vantaggio di un tempo morto più breve. Gli oscilloscopi vengono spesso utilizzati per generare dati statistici e ogni acquisizione viene trattata come un campione del segnale di ingresso. Più numerosi sono i campioni, più piccolo diventa l'intervallo di confidenza, consentendo di essere più sicuri che le statistiche misurate si avvicinino ai valori reali.