Prova del video a banda base con oscilloscopi digitali al

Nota applicativa
Prova del video a banda base
con oscilloscopi digitali al
fosforo
I segnali video sono forme
d’onda complesse costituite da
segnali rappresentanti
un’immagine e informazioni di
temporizzazione necessarie per
visualizzare l’immagine. Per
catturare e misurare questi
segnali complessi bisogna
disporre di strumenti di grande
potenza personalizzati per
questa applicazione. Tuttavia,
a causa della grande varietà
degli standard video, è anche
necessario utilizzare uno
strumento di misurazione
generico in grado di fornire le
informazioni in modo
accurato, semplice e veloce.
Infine, per poter visualizzare
tutti i dettagli delle forme
d’onda del video, una
tecnologia di acquisizione
veloce ed una visualizzazione
ad intensità graduata offrono
l’affidabilità e la capacità
necessarie per rilevare e
diagnosticare i problemi
correlati ai segnali.
Questa nota applicativa illustra
l’uso di un oscilloscopio
digitale al fosforo TDS della
serie 700D della Tektronix
nell’esecuzione di misurazioni
relative a diversi video a banda
base di tipo comune e prende
in esame alcuni dei principali
problemi che si possono
incontrare quando si eseguono
le misure.
Informazioni di base sui video
I segnali video possono provenire da diverse sorgenti che
comprendono le macchine fotografiche, gli scanner e i terminali grafici. Solitamente, un
segnale video a banda base
nasce come un insieme di tre
segnali di tipo analogico o
digitale che rappresentano i tre
colori primari, ovvero il rosso,
il verde e il blu. Questi tre
segnali componenti uniti
insieme costituiscono quello
che viene definito il segnale
RGB. I segnali video a banda
base non vengono modulati su
una portante RF, come succede
nei sistemi di trasmissione via
cavo o terrestri analogici.
Nella Figura 1 viene mostrato
un diagramma a blocchi di un
tipico sistema video. Notare che
il segnale video cambia formato
nel percorso dalla sorgente alla
destinazione. Per progettare
questo tipo di sistemi e
ricercarne i guasti, gli strumenti
di prova devono essere in grado
di poter esaminare i segnali in
una grande varietà di formati.
Conversione
La conversione è la fase
successiva in cui si riscontrano
le differenze effettive degli
standard video. Il segnale RGB
viene convertito in tre segnali
componenti:
• Un segnale di luminanza, Y
• Due segnali di differenza
colore, di solito B-Y e R-Y
In base allo standard o al formato utilizzato, è possibile
modificare i segnali di differenza colore. Ad esempio, I e Q
per i sistemi NTSC, U e V per i
Figura 1. Diagramma a blocchi di un tipico sistema video
sistemi PAL, PB e PR per i sistemi SMPTE, ecc. I tre segnali
componenti derivati possono,
quindi, essere distribuiti per
l’elaborazione.
Elaborazione
In questa fase, i segnali video
componenti possono essere
combinati in un unico segnale
video composito (come avviene
nei sistemi NTSC o PAL),
suddivisi in segnali di
luminanza e di crominanza
(come avviene nei sistemi Y/C:
S-VHS o Hi-8) oppure mantenuti separati come segnali
componenti discreti (come avviene nella grafica RGB e nei
sistemi HDTV).
Segnali video compositi
Per la TV via cavo e per le trasmissioni analogiche, i segnali
più utilizzati sono i segnali
compositi costituiti da più di
un segnale componente. Nell’America del Nord e in Giappone, ad esempio, il sistema
NTSC definisce il modo in cui
luminanza (informazioni in bianco e nero), crominanza (informazioni a colori) e sincronizzazione (informazioni di
temporizzazione) vengono codificate nel segnale video composito. In Europa, gli standard
PAL forniscono la stessa funzione. Nel caso degli standard
NTSC e PAL, i segnali di crominanza vengono modulati su
una coppia di sottoportanti per
il colore. Il segnale di crominanza modulato viene quindi
aggiunto al segnale di luminanza per formare la porzione
attiva del segnale video. In
ultimo, vengono aggiunte le
informazioni sulla sincronizzazione. Sebbene complesso,
questo segnale composito è di
fatto un unico segnale che può
essere trasmesso tramite un
unico cavo coassiale.
Segnali video componenti
I segnali componenti hanno il
vantaggio della semplicità di
generazione, registrazione ed
elaborazione laddove è possibile applicare ai segnali
molte combinazioni di commutazione, missaggio, effetti
speciali, correzione del colore,
riduzione del rumore e altre
funzioni. Dal momento che, a
differenza dei segnali video
compositi, i sistemi video componenti e le relative attrezzature
non necessitano di codifica/
decodifica, l’integrità del
segnale viene più facilmente
mantenuta garantendo una migliore qualità delle immagini.
Tuttavia, i segnali vengono
trasportati tramite cavi separati.
In pratica, questa condizione
pone dei limiti sulle distanze su
cui possono essere trasportati i
segnali e richiede un’attenta
corrispondenza dei percorsi dei
segnali.
Segnali video Y/C
Una soluzione intermedia, implementata nei sistemi S-VHS e
Betacam, modula i segnali di
crominanza su una coppia di
sottoportanti per il colore, ma
mantiene il segnale di crominanza separato da quello di
luminanza. Questa soluzione
riduce il numero dei dispositivi
di luminanza/ crominanza dei
sistemi compositi e al contempo semplifica i problemi di
temporizzazione tra i canali dei
sistemi componenti. Questa
coppia di segnali può essere
trasportata tramite un unico
cavo di tipo speciale.
Visualizzazione
Dopo la trasmissione, l’obiettivo è riprodurre fedelmente
l’immagine elaborata. Nei sistemi compositi, il segnale viene decodificato in formato
componenti e quindi convertito
in formato RGB per essere
visualizzato. I segnali video
componenti vengono sottoposti
ad una elaborazione ridotta, in
quanto vengono direttamente
convertiti in un segnale RGB
per la visualizzazione.
Figura 2. I segnali di sincronizzazione in un segnale video a banda base composito analogico forniscono i segnali di
temporizzazione necessari per riprodurre sullo schermo un segnale video.
Segnali di sincronizzazione video
analogici
Esaminiamo più in dettaglio
un segnale video a banda base
analogico. Per riprodurre
un’immagine, viene eseguita la
scansione in orizzontale e in
verticale sia per la camera che
per lo schermo (vedere Figura
2a). La scansione delle linee
orizzontali sullo schermo può
avvenire in modalità alternata
(prima le linee dispari e poi
quelle pari), così come avviene
nei sistemi “interlacciati”,
oppure in modalità sequenziale (una dopo l’altra), così
come avviene nei sistemi di
scansione “progressivi”. Ogni
scansione verticale è chiamata
“campo”. Due campi interlacciati costituiscono un “frame”.
Sia la camera che il ricevitore
devono essere sincronizzati
affinché sia possibile effettuare
la scansione della stessa
porzione d’immagine allo
stesso tempo. Questa
sincronizzazione viene gestita
dall’impulso di sincronizzazione orizzontale che genera
una traccia orizzontale. Durante l’intervallo di interruzione
orizzontale, il raggio ritorna sul
lato sinistro dello schermo ed
attende il successivo impulso
di sincronizzazione orizzontale
prima di tracciare un’altra
linea. Questo processo è chiamato “ritracciamento orizzontale” (vedere Figura 2b).
Una volta raggiunta la fine
dello schermo, per generare il
successivo campo il raggio
deve tornare all’inizio dello
schermo. Questo processo è
chiamato “ritracciamento
verticale” ed è basato sugli
impulsi di sincronizzazione
verticale (vedere Figura 2c). Il
processo di ritracciamento
verticale impiega più tempo di
quello orizzontale, pertanto
viene utilizzato un intervallo
di sincronizzazione più lungo
(intervallo di interruzione
verticale). Durante gli
intervalli di interruzione
orizzontale e verticale, sullo
schermo non vengono scritte
informazioni.
Ogni standard video definisce
una serie di segnali di
sincronizzazione che
controllano il modo in cui
deve essere visualizzato il
segnale video. I segnali PAL
visualizzano un frame video 25
volte al secondo ed ogni frame
contiene 625 linee video. I
segnali NTSC visualizzano un
frame video 30 volte al
secondo, ma ogni frame
contiene solo 525 linee video.
Alcuni monitor ad alta
risoluzione per computer
riescono a visualizzare più di
1000 linee con una frequenza
di frame pari a 72 volte al
secondo.
Tenere presente che i segnali
componenti necessitano anche
dei segnali di temporizzazione.
La sincronizzazione viene
spesso combinata con uno dei
componenti (ad esempio, con
il canale del colore verde).
Interfaccia digitale seriale
Per le applicazioni video
digitali, i sistemi SMPTE e ITU
specificano il modo in cui il
segnale video viene
rappresentato e formato in un
flusso di dati seriali. Ad
esempio, il segnale composito
seriale più utilizzato è un
segnale NTSC campionato alla
velocità di 14,3 MS/s con una
risoluzione di 8-10 bit. Il flusso
di bit risultante (143 Mb/s)
viene convertito nella codifica
NRZI (Non-Return-to-ZeroInverted) e reso indecifrabile in
modo che possa essere
trasmesso tramite un cavo
coassiale da 75 Ω. Negli
“studios”, lo standard più
utilizzato campiona i segnali
componenti (Y, PR e PB) alla
velocità di 13,5 MS/s con una
risoluzione di 8-10 bit. Anche
questo flusso di bit (270 Mb/s)
viene codificato e reso
indecifrabile in modo che
possa essere trasmesso tramite
un cavo coassiale da 75 Ω.
Requisiti per l’esecuzione della prova
Prima di illustrare le misurazioni dei segnali video, vediamo quali sono i requisiti per
l’impostazione della prova.
Questi requisiti includono le
capacità e le specifiche dell’oscilloscopio, le condizioni di
segnale e il trigger.
Requisiti dell’oscilloscopio
La maggior parte degli oscilloscopi si caratterizza per alcune
specifiche fondamentali. Solitamente, la prima specifica è la
larghezza di banda. Per assicurare una rappresentazione
accurata del segnale, si consiglia di utilizzare un oscilloscopio la cui larghezza di banda
analogica sia almeno cinque
volte superiore alla larghezza
di banda del segnale stesso. Per
valutare la larghezza di banda
del segnale che si intende misurare, dividere il numero 0,35
per il 10-90% del tempo di salita del segnale componente
più veloce.
La frequenza di campionamento determina la velocità di
campionamento del segnale. In
teoria, la frequenza di campionamento deve essere almeno il
doppio della larghezza di banda del segnale. In pratica, per
poter catturare i segnali con
precisione in un’unica acquisizione e per poterli visualizzare
con l’interpolazione sin(x)/x, la
frequenza di campionamento
su ogni canale dell’oscilloscopio dovrebbe essere 4 o 5 volte
superiore alla larghezza di
banda del segnale.
Spesso è necessario acquisire i
segnali in modo ripetitivo per
monitorare le modifiche nel
tempo. Sfortunatamente, gli
oscilloscopi tradizionali a memoria digitale catturano i segnali con una frequenza di ripetizione molto più bassa di
quelli analogici. Per essere sicuri di avere una visualizzazione in tempo reale del segnale,
è necessario osservare la
frequenza con cui l’oscilloscopio cattura la forma d’onda.
Questa frequenza specifica la
velocità di acquisizione dei
segnali (espressa in forme
d’onda al secondo). Ad esempio, se si esaminano tutte le
linee dei segnali dei sistemi
NTSC o PAL, dovrebbero vedersi più di 15.000 forme
d’onda al secondo.
La lunghezza di registrazione
di un oscilloscopio digitale indica quanti punti di campionamento vengono acquisiti dall’oscilloscopio nella registrazione di una forma d’onda. Il
risultato è un rapporto inverso
tra il dettaglio e la lunghezza
di registrazione oppure tra la
frequenza di campionamento e
la durata dell’acquisizione. È
possibile acquisire un’immagine molto dettagliata di un
segnale per un breve periodo
di tempo (l’oscilloscopio “visualizza” rapidamente i punti
della forma d’onda), oppure
un’immagine meno dettagliata
ma per un periodo di tempo
più lungo.
Modalità di acquisizione e
visualizzazione
Il più grosso problema di visualizzazione per molti tecnici
video è la visualizzazione ad
intensità graduata. Questo tipo di visualizzazione, una caratteristica comune di diversi
oscilloscopi analogici e monitor di forme d’onda, mostra
l’andamento su base statistica
del segnale variando l’intensità
dei campioni visualizzati. I
segnali che ricorrono frequentemente vengono visualizzati
con un’alta luminosità, mentre
i dettagli relativamente meno
frequenti risultano meno luminosi in proporzione. L’oscilloscopio digitale al fosforo TDS
della serie 700D fornisce la
funzione di visualizzazione ad
intensità graduata, offrendo un
quadro accurato tramite informazioni visualizzate con intensità diverse e consentendo di
rilevare le variazioni e i dettagli minimi del segnale. Dal
momento che molti oscilloscopi a memoria digitale non
sono in grado di acquisire dati
sufficienti per visualizzare in
modo accurato il segnale video, per compensare questa insufficienza sono stati resi disponibili negli oscilloscopi
DSO speciali modalità di acquisizione e visualizzazione.
La modalità di acquisizione di
base di un oscilloscopio
digitale è la modalità Sample,
in cui la forma d’onda viene
campionata nel tempo e l’ampiezza di ogni campione viene
digitalizzata e visualizzata.
Con l’uso dell’interpolazione,
questi campioni possono es-
sere connessi per creare una
visualizzazione continua della
forma d’onda. Inoltre, un oscilloscopio è in grado anche di
elaborare in modo digitale il
segnale prima di visualizzarlo,
facilitando in questo modo le
misurazioni complesse.
Ad esempio, è possibile utilizzare la modalità di acquisizione Average dell’oscilloscopio
per eliminare gli effetti del rumore casuale e consentire
quindi misurazioni di ampiezza precise. Questa funzione,
che si trova nel menu
ACQUIRE, regola la forma
d’onda sulla base della media
di più forme d’onda.
La modalità HiRes filtra i campioni catturati durante una
acquisizione per creare un
segnale a larghezza di banda
più bassa e a più alta risoluzione.
D’altro canto, potrebbe anche
essere necessario vedere e misurare un rumore
relativamente piccolo su un
segnale video relativamente
grande. Per problemi di questo
genere, la modalità Zoom
Preview dell’oscilloscopio TDS
consente di esaminare in
dettaglio il segnale e di
espandere la forma d’onda. È
possibile espandere e posizionare la forma d’onda orizzontalmente o verticalmente
per confronti accurati tra i dettagli senza influenzare in alcun
modo le acquisizioni in corso.
Esistono altre funzioni di
acquisizione che consentono
facilmente di osservare il
rumore in un punto qualsiasi
della forma d’onda del segnale
video. La modalità Peak Detect
consente di catturare e visualizzare i valori minimo e
massimo di una forma d’onda e
quindi i casi limite di escursione di ampiezza. La modalità
di acquisizione Envelope fa sì
che l’oscilloscopio accumuli e
visualizzi i valori minimo e
massimo di una serie di forme
d’onda nel tempo.
Funzioni di misurazione
Se si lavora con i segnali NTSC
o PAL, i reticoli dei video dei
TDS consentono di visualizzare
il segnale in un formato familiare. È possibile selezionare i
reticoli per i segnali NTSC e
PAL nel menu DISPLAY. Quando si seleziona uno dei reticoli
disponibili, l’oscilloscopio
regola automaticamente la scala
del segnale video in base al
reticolo scelto. Grazie a questa
funzione è possibile valutare
rapidamente il segnale
catturato.
È possibile effettuare le misurazioni manuali sullo schermo
utilizzando i cursori. I controlli
dei cursori si trovano nel menu
CURSOR. I cursori per la direzione orizzontale consentono
di misurare le ampiezze del
segnale, con indicazioni in
Volt o IRE (per i segnali
NTSC). I cursori per la direzione verticale consentono di
misurare i parametri di
temporizzazione del segnale,
con indicazioni in secondi,
Hertz o numero di linee video.
I cursori accoppiati consentono
di misurare simultaneamente
l’ampiezza relativa e i parametri di temporizzazione.
La potenza di elaborazione
dell’oscilloscopio digitale al
fosforo può anche essere
sfruttata per misurare automaticamente diversi parametri
di un segnale. Ad esempio, è
possibile misurare facilmente
l’ampiezza da picco a picco, la
durata dell’impulso di
sincronizzazione e la temporizzazione tra i canali. È possibile
selezionare e controllare le
misurazioni automatizzate tramite il menu MEASURE.
Condizioni di segnale
Terminazione
La maggior parte dei sistemi video sono progettati per far arrivare un segnale di ampiezza
conosciuto, ad un valore di impedenza specifico. Di conseguenza, per le basse frequenze
l’accuratezza delle misurazioni
dipende dal fatto che il segnale
incontri una terminazione con
un valore di resistenza preciso,
generalmente 75 Ω. Per le frequenze più alte, la terminazione
deve corrispondere all’impedenza della linea di trasmissione (solitamente un cavo
coassiale). In questo caso, l’impedenza di terminazione deve
avere una resistenza precisa con
una reattanza trascurabile (massimizzazione dell’attenuazione
di riflessione e minimizzazione
del rapporto d’onda stazionaria
della tensione). Un terminatore
di questo tipo è l’AMT75 della
Tektronix che ha una specifica
di 1 GHz. L’utilizzo di
terminatori non appropriati può
causare una mancanza di
accuratezza nella risposta in
frequenza.
Morsetto per il video
Un’anomalia di segnale piuttosto comune, riscontrabile
nelle misurazioni dei segnali
video analogici, è il ronzio alle
basse frequenze prodotto dalla
tensione della linea C.A. Se non
viene eliminato dal segnale
video, questo ronzio può causare la deriva verso l’alto e verso il basso della visualizzazione
del segnale e la variazione del
punto di trigger. L’opzione trig-
ger video dell’oscilloscopio
TDS 700D include un morsetto
per il video che elimina il
ronzio prodotto dalla tensione
della linea C.A., nonché
qualsiasi offset C.C. presente
sul segnale. Se il segnale è stato
accoppiato in C.A., il morsetto
elimina anche le variazioni
riscontrabili alle basse
frequenze che danno luogo a
cambiamenti del livello medio
dell’immagine. Il morsetto si
collega al connettore BNC di
entrata e funziona come preprocessore del segnale video,
restituendo la componente
continua a tutti i segnali video
standard. Il morsetto del video
fornisce anche risposte in frequenza piatte, consentendo
misurazioni accurate dei segnali video.
Trigger
Il primo passo da eseguire per
misurare le forme d’onda dei
segnali video è cercare di ottenere una forma d’onda stabile.
Per poter catturare e analizzare
il segnale, è necessario prima
eseguire il trigger dell’oscilloscopio sul segnale. Per rendere
il lavoro più semplice, gli
oscilloscopi TDS sono forniti
di diverse modalità avanzate di
trigger.
Trigger video composito analogico
Per selezionare l’opzione trigger video degli oscilloscopi
TDS, premere il pulsante
TRIGGER sul pannello anteriore e scegliere “Video” nel
menu dei tipi di trigger che
viene visualizzato. Questa selezione consente di impostare
automaticamente il trigger dell’oscilloscopio su segnali video
NTSC a 525 linee e a 60Hz.
Inoltre, blocca lo strumento sul
campo colore 1 interlacciato
utilizzando la polarità negativa
dell’impulso di sincronizzazione (vedere Figura 3).
Utilizzare i menu per modificare le impostazioni predefinite. Per poter eseguire il trigger sui sistemi PAL/SECAM,
HDTV e su una gamma di segnali video personalizzati,
selezionare l’opzione
“Standard”. Se la parte del
circuito che si sta mettendo a
punto ha il segnale video
invertito, selezionare l’opzione
“Sync Polarity” e impostare la
sincronizzazione positiva.
Selezionare “Field” nel menu
principale e, nel menu laterale
che viene visualizzato,
selezionare tutti i campi video
oppure solo quelli dispari, pari
o numerici.
Dal momento che molte delle
informazioni più importanti di
un segnale video si trovano su
specifiche linee del video, è
possibile scegliere quali linee
video devono essere visualizzate. Selezionare l’opzione
“Line” nel menu laterale e ruotare la manopola generale oppure utilizzare il tastierino numerico per specificare la linea
da visualizzare. Per una più facile lettura dello schermo, viene anche visualizzato il numero della linea.
Trigger FlexFormat
In tutto il mondo è in fase di
sviluppo una grande varietà di
sistemi video ad alta definizione. Questi includono i formati 787,5/60, 1050/60, 1125/
60 e 1250/50. Tuttavia, altri
nuovi formati sono ancora in
corso di sperimentazione. In
alcuni mercati sono stati sviluppati formati ad alta definizione specifici e sono stati stabiliti standard appositi. Ad
esempio, nel mercato dell’imaging clinico e nel settore
militare sono stati sviluppati
standard HDTV per soddisfare
le esigenze più immediate.
Questo può generare ulteriore
confusione nella scelta degli
strumenti di misurazione e
prova dei video.
L’opzione trigger video degli
oscilloscopi TDS offre la soluzione per le esigenze specifiche di trigger HDTV. Con la
Figura 3. Il trigger video del TDS consente di scegliere lo standard video, il
canale, la polarità di sincronizzazione, il campo e la linea desiderati.
modalità trigger FlexFormat™,
è possibile specificare i parametri di temporizzazione degli
impulsi di sincronizzazione a
tre livelli personalizzati (vedere Figura 4), selezionare qualsiasi frequenza di campo compresa tra 20 e 200 Hz con una
risoluzione massima di due
cifre e definire il numero di
linee e di campi per il formato
personalizzato.
Trigger per singolo pixel
Poiché nel mercato dei monitor
si sta diffondendo sempre più
l’uso degli schermi piatti, le
applicazioni di progettazione e
di ricerca dei guasti necessitano di capacità di analisi e di
trigger a livello di singolo pixel. Un oscilloscopio TDS che
dispone dell’opzione trigger
video e del trigger “Delay By
Events”, consente di definire
ogni impulso del clock di sistema del dispositivo sottoposto alla prova come un evento.
Ogni evento corrisponderà ad
un pixel e gli eventi successivi
corrisponderanno ai pixel successivi.
Per prima cosa, connettere il
segnale video che si desidera
provare al Canale 1. Impostare
il trigger principale del Canale
1 per eseguire il trigger sul segnale video. Premere il pulsante TRIGGER MENU sul pannello anteriore e selezionare il trigger VIDEO. Selezionare lo standard e i parametri appropriati
per eseguire il trigger sulla sezione del segnale che si desidera provare.
Figura 4. La modalità di trigger FlexFormat consente di definire i tempi di inizio
e di fine degli impulsi di sincronizzazione a tre livelli dei campi pari e dispari.
Quindi, connettere il clock di
riferimento del sistema al Canale 2. Impostare il trigger
ritardato per l’uso del Canale 2
come sorgente propria, premendo i pulsanti SHIFT e
TRIGGER MENU sul pannello
anteriore, quindi selezionare
Channel 2 come sorgente del
trigger ritardato. A questo punto, selezionare Delay By Events.
Attivare il trigger ritardato
selezionando nel menu
Horizontal la base dei tempi
Delayed Only.
A questo punto, tornare nel
menu Delay Trigger e selezionare l’evento che si desidera
osservare oppure immettere il
numero appropriato tramite il
tastierino numerico (vedere
Figura 5).
Trigger digitale seriale (NRZ)
Il modo più comune per qualificare un segnale digitale seriale è esaminare un dia-
gramma ad occhi. Questo tipo
di diagramma è una visualizzazione composita di molte
acquisizioni di forme d’onda,
sovrapposte una all’altra e che
formano un’immagine consolidata degli impulsi di dati che
somiglia ad un occhio. In generale, maggiore è l’apertura
del centro dell’occhio, migliori
sono le prestazioni del sistema
sottoposto alla prova. Maggiore
è l’apertura verticale e maggiore è la tolleranza del rumore, mentre un’apertura orizzontale più larga indica una
maggiore tolleranza del jitter.
In altre parole, un rumore di
ampiezza o un jitter di temporizzazione eccessivi tendono
a restringere l’occhio.
L’oscilloscopio può eseguire il
trigger sul fronte di salita del
clock di sistema seriale ed
acquisire i dati che coincidono
con il fronte di clock. Questo
metodo richiede la correla-
Figura 5. Il clock di sistema (forma d’onda inferiore) funziona come trigger
ritardato per il segnale video (forma d’onda superiore). Con l’opzione Delay
By Events, ogni evento corrisponde ad un pixel ed è possibile osservare il
segnale video su ogni pixel.
zione tra il clock e i segnali dei
dati. In alternativa, l’oscilloscopio può eseguire il trigger
sui dati stessi, attendere alcuni
intervalli di unità e, quindi,
acquisire un numero sufficiente di forme d’onda per generare una visualizzazione.
Questa operazione può essere
effettuata con una base dei
tempi ritardata con il ritardo
basato sul tempo o sugli eventi.
Un metodo più semplice consiste nell’utilizzare un trigger
diagramma ad occhi. Selezionare il trigger COMM nel menu
TRIGGER dell’oscilloscopio
TDS 700D e NRZ nel menu del
codice. A questo punto, quando si seleziona lo standard del
video digitale seriale nell’elenco, l’oscilloscopio viene automaticamente impostato per visualizzare il diagramma ad occhi
del segnale (vedere Figura 6).
Figura 6. L’impostazione di un diagramma ad occhi è un’operazione semplice
se si utilizza il trigger del segnale di comunicazione NRZ.
Misurazioni dei segnali video
Monitoraggio dei segnali video
Nel monitoraggio dei segnali
video analogici o digitali, lo
strumento più prezioso per la
ricerca dei guasti è costituito
da un oscilloscopio con la funzione di visualizzazione ad
intensità graduata specifica per
le applicazioni video. Le variazioni minime di segnale, non
visibili con il normale display
di un oscilloscopio DSO, possono indicare la differenza tra
un sistema video che funziona
e uno che non funziona.
Visualizzazione ad alta frequenza e
ad intensità graduata dei video
puntuali
La visualizzazione più comune
di un video analogico è la
visualizzazione a frequenza
orizzontale dell’ampiezza del
segnale rispetto al tempo, che
si ottiene tramite il trigger sul
fronte del segnale della sincronizzazione. Nella Figura 7
viene mostrato un oscilloscopio digitale al fosforo con
visualizzazione ad intensità
graduata (e una frequenza di
cattura delle forme d’onda
sufficiente a catturare
tutte le linee) che
fornisce la visualizzazione tradizionale ad
alta frequenza.
Visualizzazione XY della
crominanza
La modalità di visualizzazione XY dell’oscilloscopio digitale al
fosforo permette di visualizzare il confronto
tra due segnali in una
maniera simile a quella
di un oscilloscopio
vettoriale. Selezionare
l’opzione FORMAT nel
menu DISPLAY, quin-
Figura 7. Visualizzazione di forme d’onda a frequenza orizzontale che mostra
l’effetto di una visualizzazione ad intensità graduata sull’oscilloscopio.
di selezionare la modalità XY.
Se un segnale B-Y è connesso
al Canale 1 e un segnale R-Y è
connesso al Canale 2, la
visualizzazione
dell’oscilloscopio sarà simile a
quella di un comune oscilloscopio vettoriale. Inoltre, la
visualizzazione a intensità graduata mostra dettagli del segnale non visibili con le visualizzazioni ordinarie di un
oscilloscopio DSO.
Visualizzazione ad intensità
graduata dei diagrammi ad occhi
dei video digitali
L’intensità graduata è importante nel monitoraggio delle
visualizzazioni dei diagrammi
ad occhi dove è importante un
controllo di qualità costante
sulle variazioni del segnale,
siano esse dovute a rumori o a
jitter di temporizzazione. Le
visualizzazioni ad intensità
graduata, disponibili con gli
oscilloscopi analogici o digitali
al fosforo, unite ad un’alta frequenza di cattura delle forme
d’onda, rappresentano il
metodo migliore per catturare e
identificare le anomalie di tipo
raro.
Misurazioni dei segnali analogici
Misurazioni dell’ampiezza
Le misurazioni dell’ampiezza
con un oscilloscopio possono
essere eseguite in vari modi.
Ad esempio, per misurare
l’ampiezza da picco a picco del
segnale di burst del sistema
NTSC, è possibile confrontare
il segnale con il reticolo video
IRE dell’oscilloscopio TDS 700D
(vedere Figura 8). Per effettuare
la stessa misurazione, è anche
possibile utilizzare i cursori
video dello stesso oscilloscopio.
Infine, se si desidera analizzare
le variazioni nel tempo,
l’oscilloscopio può effettuare
automaticamente una serie di
misurazioni e accumulare
informazioni statistiche.
Misurazioni di temporizzazione
Le misurazioni di temporizzazione sono particolarmente
critiche per i sistemi
componenti analogici che
richiedono una
temporizzazione precisa tra i canali. La caratteristica principale di
un oscilloscopio a più
canali può essere la
visualizzazione della
differenza relativa di
temporizzazione tra i
vari canali.
Per poter visualizzare
con precisione i vari
canali, è necessario far
corrispondere i ritardi
dei percorsi delle sonde. A tal fine, è possibile utilizzare la
funzione di disallineamento disponibile
nel menu VERTICAL
dell’oscilloscopio
TDS
700D. Connettere
Figura 8. Esempio di misurazioni di ampiezza su un segnale NTSC.
le due sonde ad un
L’ampiezza da picco a picco del pacchetto di burst può essere misurata visisegnale comune e regovamente con il reticolo oppure con i cursori video (notare l’indicazione del
lare il disallineamento
cursore nell’angolo superiore destro).
Figura 9. La temporizzazione tra canali è fondamentale nei sistemi video a
componenti analogici. La visualizzazione mostra la temporizzazione relativa
della luminanza e uno dei segnali di differenza colore (dopo che i ritardi sui
cavi sono stati equalizzati con i controlli per il disallineamento dei canali).
dei canali con la manopola
generale fin quando le tracce
sullo schermo non risultano
allineate.
A questo punto, connettere i
segnali desiderati ai canali dell’oscilloscopio e regolare i controlli di temporizzazione dei
canali in modo da farli corrispondere ai segnali (vedere
Figura 9).
L’oscilloscopio può anche eseguire automaticamente le misurazioni di temporizzazione e
accumulare le statistiche relative a tali misure. Ad esempio,
per misurare l’ampiezza di sincronizzazione, è possibile eseguire il trigger sul fronte iniziale del segnale di sincronizzazione, attivare la modalità di
acquisizione HiRes e regolare i
controlli per la direzione orizzontale e verticale in modo che
l’impulso di sincronizzazione
occupi la maggior parte dello
schermo. Questa operazione
rende il sistema di misurazione
ancora più accurato. A questo
punto, attivare la misurazione
della durata dell’impulso negativo nel menu MEASURE. Per
controllare la media (µ) e la
deviazione standard (σ) della
misurazione della durata
dell’impulso, abilitare le
statistiche sulle misurazioni
Figura 10. Le misurazioni di temporizzazione automatiche offrono un metodo
facile e preciso per misurare in modo ripetitivo i parametri di base dei segnali.
Misurazioni dei video digitali seriali
Misurazioni dei jitter
Il jitter di temporizzazione su
un segnale può influenzare la
capacità di decodificazione di
un flusso di dati video da parte
di un ricevitore. Gli effetti sono
chiaramente visibili su un diagramma ad occhi poiché il jitter restringe l’apertura dell’occhio. Con l’aumentare del jitter
i punti di transizione dei dati
si avvicinano sempre di più al
punto di decisione del ricevitore, facendo aumentare il BER
(Bit Error Rate) del sistema.
I tipi di jitter sono due: deterministico e casuale. Il primo
tipo, detto anche dipendente
dai dati, è causato dalla sequenza di bit di dati che precede il bit corrente nel flusso di
dati. Eseguendo il trigger sui
modelli di dati ripetitivi e misurando la variazione della posizione del fronte, è possibile
qualificare i componenti dei
jitter deterministici. Questo
tipo di analisi può richiedere
molto tempo, ma è utile per
poter identificare eventuali
problemi nelle prime fasi di
progettazione.
Il secondo tipo è causato dal
rumore casuale di un sistema e
non è correlato ai dati. Può
essere qualificato e misurato
analizzando statisticamente la
forma d’onda tramite gli
istogrammi dell’oscilloscopio
digitale al fosforo. Visualizzare
e disegnare il riquadro di un
istogramma intorno al fronte di
salita/discesa o all’incrocio
degli occhi dove deve essere
misurato il jitter; l’oscilloscopio disegnerà l’istogramma del
ritardo del fronte a partire dal
punto di trigger. Se l’istogramma del posizionamento del
fronte del segnale è una curva
distribuita normalmente, la
deviazione standard è uguale
al jitter RMS della forma d’onda. È possibile anche attivare
la misurazione del jitter RMS
osservato (deviazione standard) o altre misurazioni con
istogrammi per qualificare
ulteriormente il jitter (vedere
Figura 11).
Test delle maschere
Come illustrato in precedenza,
un diagramma ad occhi rivela
molti particolari sui segnali digitali seriali, soprattutto sul
margine relativo disponibile
per rumori e jitter. Esso presenta le più importanti caratteristiche dei segnali di dominio tempo in un’unica visualizzazione: tempo di salita/discesa, overshoot/undershoot
dell’impulso, transitorio oscillante di ampiezza eccessiva,
duty cycle, jitter e rumore.
Figura 11. Qualificazione di un jitter casuale su un segnale video digitale con
un istogramma. Notare la natura bimodale dell’istogramma. Le misurazioni
sull’istogramma vengono mostrate nella parte destra dello schermo e indicano caratteristiche quali il jitter da picco a picco osservato.
Per stabilire se un video
digitale seriale è conforme allo
standard, è necessario esaminarne tutti i parametri per
controllare che rientrino nelle
specifiche. La misurazione dei
singoli parametri sarebbe
un’operazione lunga, noiosa e
approssimativa. Per semplificare l’attività di verifica, gli
standard video specificano la
conformità dei segnali tramite
delle maschere. Sovrapponendo una maschera ad un
diagramma ad occhi, è possibile vedere immediatamente se
il segnale è conforme, ovvero
se corrisponde esattamente alla
maschera (vedere Figura 12).
Gli oscilloscopi per le comunicazioni di tipo avanzato
dispongono di maschere
standard incorporate, selezionabili da un menu. Questi
oscilloscopi, inoltre, offrono
scale di tensione e di ritardo
variabili e calibrate, possono
regolare automaticamente il
segnale per farlo corrispondere
alla maschera e possono
persino conteggiare il numero
delle forme d’onda acquisite e
il numero delle mancate
corrispondenze (“hit”) alle
maschere, per una prova
ancora più veloce ed accurata.
Figura 12. La prova della maschera rappresenta un metodo conveniente e
affidabile per verificare la conformità dei segnali video seriali agli standard
industriali. In questo esempio sono state confrontate con la maschera un
minimo di 100 forme d’onda e il confronto non ha dato errori (0 “hit”).
Conclusione
In questa nota applicativa abbiamo mostrato come utilizzare
un oscilloscopio digitale al fosforo TDS della serie 700D
della Tektronix per eseguire
facilmente e velocemente una
vasta gamma delle più comuni
misurazioni video a banda base
di una vasta gamma di segnali
video di tipo complesso. Grazie alla visualizzazione ad
intensità graduata, all’alta
frequenza di cattura delle forme d’onda e alla ricchezza dei
dati delle forme d’onda, questo
strumento generico è il
preferito nella ricerca dei
guasti, nella qualificazione e
nella verifica dei sistemi e dei
circuiti video.
Per ulteriori informazioni, rivolgersi a Tektronix:
World Wide Web: http://www.tek.com; Australia & Nuova Zelanda 61 (2) 888-7066; Paesi ASEAN (65) 356-3900; Austria, Europa Orientale, Medio Oriente +43 2236 8092 0; Belgio +32 (2) 715.89.70;
Brasile e America del Sud 55 (11) 3741-8360; Canada 1 (800) 661-5625; Cina 86 (10) 6235 1230; Corea 82 (2) 528-5299; Danimarca +45 (44) 850 700; Finlandia +358 (9) 4783 400;
Francia e Africa del Nord +33 1 69 86 81 81; Germania + 49 (221) 94 77 400; Giappone (Sony/Tektronix Corporation) 81 (3) 3448-3111; Hong Kong (852) 2585-6688; India (91) 80-2275577;
Italia +39 (2) 25086 501; Messico, America Centrale e Caraibi 52 (5) 666-6333; Norvegia +47 22 07 07 00; Paesi Bassi +31 23 56 95555; Regno Unito e Irlanda +44(0)1628 403400;
Spagna e Portogallo +34 (1) 372 6000; Stati Uniti 1 (800) 426-2200; Sudafrica (27 11)651-5222; Svezia +46 (8) 629 6503; Svizzera +41 (41) 729 36 40; Taiwan 886 (2) 722-9622.
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